JPH07245968A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流入力部とスイッチングモジュールとの間
の距離を等しくすることで各スイッチングモジュールに
発生するサージ電圧に差が生じないインバータ装置を提
供すること。 【構成】 放熱部材２０１と、この放熱部材の上面に設
けられ、パワートランジスタを２個直列接続し、パワー
トランジスタにそれぞれダイオードを逆並列に接続した
半導体モジュール２０２〜２０４と、正負の電極２０
５、２０６とから主に構成される。この電極２０５、２
０６は、入力ケ−ブル１０４、１０５に接続されてい
る。図示の如く、半導体モジュ−ル２０２〜２０４は、
入力ケ−ブル１０４、１０５を中心にして放射状に配さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ装置に関
し、特にスイッチングモジュールを放射状に配置し、直
流入力から各スイッチングモジュール間の距離を均等に
するインバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】インバータを構成する際、一般的には半
導体モジュールは平面上に直線的に並べられる。ところ
で、実開平５−２５９８８号公報には、パワーモジュー
ル間及びパワーモジュールと三相差線間の結線を短くす
ることを目的にして、６つの半導体スイッチング素子を
回転軸軸線に対し点対称に配設し、一対の電源側半導体
スイッチング素子と接地側半導体スイッチング素子とを
隣接させると共に、三相差線の３つの端子への前記半導
体スイッチング素子の導出端子を前記回転軸を中心とし
て、それぞれ１２０°の角度ずつ離間して配設したもの
が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記実
開平５−２５９８８号公報のインバータ装置では、６つ
の半導体スイッチング素子を回転軸に対して点対称に配
設してあるものの、スイッチングモジュールに直流電流
を印加する直流入力部とスイッチングモジュールの電源
側接続端子及び接地側接続端子との接続については何ら
記載されていない。

【０００４】また、インバータのスイッチングモジュー
ルを並列に接続したものにおいても、その直流入力部と
各スイッチングモジュールまでの距離は異なる。直流入
力部とスイッチングモジュールとの間の距離が異なる
と、それを接続する配線の長さに差が生じる。配線には
抵抗ＲとインダクタンスＬが存在するために、配線の長
さが長いと、その分電圧降下が生じる。

【０００５】従って各スイッチングモジュールに発生す
るサージ電圧に差が生じてしまう。このばらついたサー
ジ電圧を抑制するためには、各スイッチングモジュール
ごとにスナバを設定するか、もしくは最大サージ電圧が
発生するスイッチングモジュールに合わせた過度のスナ
バが必要となるため、設計を難しくする原因になってい
る。

【０００６】そこで、本発明では、直流入力部とスイッ
チングモジュールとの間の距離を等しくすることで各ス
イッチングモジュールに発生するサージ電圧に差が生じ
ないインバータ装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の本発明は、直流電源を入力する正負
の端子が設けられた直流入力部と、 この直流入力部か
らの直流電源を入力とし、前記直流入力部の正負の端子
間に第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子
とが直流接続され、その接続点から負荷に電力を供給す
る複数のスイッチングモジュールと、を備え、前記スイ
ッチングモジュールは、前記直流入力部を中心として放
射状に配設されていることを要旨とする。

【０００８】また、請求項２記載の本発明は、請求項１
記載のインバ−タ装置において、前記負荷の入力端子を
前記スイッチングモジュールの接続点の近傍に配し、内
部にて接続したことを要旨とする。また、請求項３記載
の本発明は、請求項１もしくは請求項２記載のインバ−
タ装置において、前記スイッチングモジュールの接続点
の極近傍に設けられ、前記負荷に供給される電流を検出
する電流検出器を備え、この電流検出器がコンデンサの
固定台を兼ねることを要旨とする。

【０００９】また、請求項４記載の本発明は、請求項１
乃至請求項３記載のインバ−タ装置において、前記スイ
ッチングモジュールの直流入力端子と電気的に接続され
ると共に絶縁層を挟んで積層された正負の電極を前記ス
イッチングモジュールの上部に配したことを要旨とす
る。また、請求項５記載の本発明は、請求項４記載のイ
ンバ−タ装置において、前記スイッチングモジュール上
部の直流入力端子の極近傍に設けられた平滑コンデンサ
を備え、前記積層された正負の電極により接続し、固定
したことを要旨とする。

【００１０】また、請求項６記載の本発明は、請求項１
乃至請求項５記載のインバ−タ装置において、前記負荷
に取り付けられ、この負荷に取り付けられる側面に放熱
用冷却液通路を備えることを要旨とする。また、請求項
７記載の本発明は、請求項１記載のインバ−タ装置にお
いて、放射状に配された前記スイッチングモジュールの
間にコンデンサを配置したことを要旨とする。

【００１１】

【作用及び発明の効果】上記構成よりなる請求項１記載
の本発明によれば、直流入力部を中心として、スイッチ
ングモジュールを放射状に配するため、直流入力部から
スイッチングモジュールまでの距離が均等になり、サ−
ジ電圧が均等になるという効果がある。また、請求項２
記載の本発明によれば、負荷とインバータ装置の接続を
インバータ装置の内部で行うため、ノイズの発生源をイ
ンバータのケースで囲むことができ、ラジオ雑音等のノ
イズを容易に低減することができる。また、スイッチン
グモジュール出力端子の近傍に負荷の端子を配設し、双
方を最短距離で接続することによりノイズの発生源自体
を最小にすることができる。

【００１２】また、請求項３記載の本発明によれば、電
流検出器をスイッチングモジュールの出力端子近傍に配
置することにより、スイッチングモジュールと負荷の端
子の最短接続を阻害することなく電流信号を取り出すこ
とができる。更に、電流検出器をコンデンサの固定台と
することにより、別個のコンデンサ固定台が不必要であ
り、省スペースでコンデンサが固定できるため、低コス
ト，小型化が可能となる。

【００１３】また、請求項４記載の本発明によれば、正
負の電極を中間に絶縁層を挾み、かつスイッチングモジ
ュールの上部に積層して配したため、各モジュール，各
コンデンサを低インピーダンスで、かつ相互均等な位置
関係にでき、簡単な構造でありながら電力平衡をとるこ
とができるという優位性を持つ。電力平衡がとれるとい
うことは、過渡電圧，発熱等が均一となるため、設計が
非常に容易となる。

【００１４】また、請求項５記載の本発明によれば、平
滑コンデンサをスイッチングモジュール上部の出力端子
の極近傍に配したため、各コンデンサとスイッチングモ
ジュールとの電流経路を最短にできるため、配線インダ
クタンスを抑制することができ、発生するサージ電圧を
小さくすることができる。また、請求項６記載の本発明
によれば、負荷に取り付けられる側面に放熱用の冷却液
通路を備えるため、インバ−タ装置の放熱とともに負荷
の放熱を兼ねることが可能なため、省スペースにて両者
の放熱が可能になるという効果がある。

【００１５】また、請求項７記載の本発明によれば、放
射状に配されたスイッチングモジュールの間の間隙にコ
ンデンサを配するため、省スペ−ス化を実現できる。

【００１６】

【実施例】図１は、本実施例のインバータ装置と電動機
の一体構造を示した図である。図中、１０１はインバー
タ、１０２は電動機、１０３は電動機の回転軸、１０
４、１０５は正負の直流電源の入力ケーブルである。イ
ンバータ１０１と電動機１０２はインバータ１０１の内
部において電動機１０２から導出された電極端子とイン
バータ１０１の交流出力電極を直結することにより接続
される。この時、インバータ１０１と電動機１０２の接
合面には、ガスケット、Ｏリング等のシール手段が挾ん
であり防水される。

【００１７】次に、図２〜図７においてインバータ１０
１の内部構成について説明する。図２（ａ）は、一部省
略した上面図であり、図２（ｂ）は、そのＡ−Ａ断面図
である。図３（ａ）は、図２（ａ）上に電極２０５、２
０６を配設した上面図であり、図３（ｂ）は、そのＢ−
Ｂ断面図である。図４（ａ）は、図３（ａ）上に制御回
路２２１を配設した上面図であり、図４（ｂ）は、その
Ｃ−Ｃ断面図である。図５（ａ）は、図４（ａ）上にコ
ンデンサ２１５〜２１７を配設した上面図であり、図５
（ｂ）は、そのＤ−Ｄ断面図である。図６は、図５
（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。図７（ａ）は、放熱部材
２１０の断面図であり、図７（ｂ）は、そのＦ−Ｆ断面
図である。

【００１８】図において、２０１は片面に部品搭載のた
めの平面部を有し、反対面に冷却フィンを有する放熱部
材、２０２〜２０４はパワートランジスタを２個直列接
続し該パワートランジスタにそれぞれダイオードを逆並
列に接続した半導体モジュール（本発明のスイッチング
モジュールに相当する）、２０５、２０６は正負の電極
（本発明の直流入力部に相当する。）、２０７〜２０９
は交流出力電極、２１０、２１１は出力電流を検出する
電流検出器，２１５〜２１７は平滑コンデンサ、２１８
〜２２０はインバータ１０１からの交流出力を電動機１
０２に供給する電極、２２１は制御回路である。

【００１９】次に前述の各部品の接続について詳細に説
明する。まず、半導体モジュール２０２〜２０４が放熱
部材２０１の平面部に放射状に１２０°ずつ離間して配
置され、この半導体モジュール２０２〜２０４の交流出
力端子２０７〜２０９側には電流検出器２１０，２１１
及びコンデンサ固定台２１２が配置される。図５に示す
ように、半導体モジュール２０２〜２０４の上部の極近
傍には平滑コンデンサ２１５〜２１７が配設され、その
各正負端子は正負の電極２０５、２０６により半導体モ
ジュール２０２〜２０４の正負入力端子に接続される。

【００２０】ここで、正負の電極２０５、２０６は他の
部品と接続する部位を除き、間に絶縁層を挾んで重ね合
わされ、各半導体モジュール２０２〜２０４と各平滑コ
ンデンサ２１５〜２１７間及び各半導体モジュール２０
２〜２０４間で最短距離になるように図示の如く配設さ
れる。この正負の電極２０５、２０６は、図５（ｂ）に
示すように、入力ケーブル１０４、１０５を介して直流
電源に接続される。ここで入力ケーブル１０４、１０５
は半導体モジュールの正負端子の略重心点、つまり、放
射状に配された半導体モジュールの中心点で接続され
る。

【００２１】また、半導体モジュール２０２〜２０４の
交流出力端子２０７〜２０９近傍には、図２（ｂ）に示
すように、電動機１０２から電極２１８〜２２０が、ベ
ース部材２０１を貫通してインバータ１０１の内部まで
導入され、交流電極２０７〜２０９を介して半導体モジ
ュール２０２〜２０４の各交流出力端子と接続される。

【００２２】半導体モジュール２０２〜２０４を駆動す
る制御回路２２１は、図４に示すように、正負の電極２
０５、２０６に固定され、電流検出器２１０、２１１及
び半導体モジュール２０２〜２０４と信号線で接続され
る。そして、制御回路２２１で発生した駆動信号により
半導体モジュール２０２〜２０４がスイッチングし、直
流電力を交流電力に交換する。この交流電力の供給を受
けて電動機はトルクを発生する。

【００２３】また、電流検出器２１０、２１１はインバ
ータの出力電流を検出し、制御回路２２２にフィードバ
ックする。なお、半導体モジュール２０２〜２０４で発
生した熱は、図７に示すように、冷却フィン２２４を介
して冷却液に伝えされ、インバータの外に運ばれる。冷
却水はパイプ２２２から導入されパイプ２２３より排出
される。

【００２４】ところで、半導体モジュール２０２〜２０
４は、スイッチングする際にサージ電圧を発生する。こ
のサージ電圧は、スイッチング時の電流変化率di/dt と
電流変化が生じている部分のインダクタンス成分に比例
する。スイッチングの際の電流変化を平滑しているのは
平滑コンデンサ２１５〜２１７であり、すなわち、平滑
コンデンサ２１５〜２１７を半導体モジュール２０２〜
２０４の上部極近傍に配置することによりサージ電圧の
発生自体を低減することが可能である。

【００２５】また、本実施例では、直流電源の入力ケー
ブル１０４、１０５を中心にして、半導体モジュール２
０２〜２０４を放射状に配置しているため、直流入力ケ
ーブル１０４，１０５，半導体モジュール２０２〜２０
４，平滑コンデンサ２１５〜２１７が相互に均等な位置
関係にでき、サージ電圧，発熱等が全て均等にできると
いう優れた効果がある。

【００２６】また、本実施例では、電動機１０２とイン
バータ装置１０１の接続をインバータ装置の内部で行う
ため、ノイズの発生源をインバータケースで囲むことが
でき、ラジオ雑音等のノイズを容易に低減することがで
きる。また、半導体モジュール２０２〜２０４の出力端
子の近傍に電動機１０２の端子を配設し、双方を最短距
離で接続することによりノイズの発生源自体を最小にす
ることができる。

【００２７】さらに、電流検出器２１０、２１１を半導
体モジュール２０２〜２０４の出力端子近傍に配置する
ことにより、半導体モジュール２０２〜２０４と電動機
の端子の最短接続を阻害することなく電流信号を取り出
すことができ、又、出力電極を非常に簡単な形状にする
ことができるため、低コスト化が可能である。更に、電
流検出器２１０、２１１をコンデンサ２１５、２１７の
固定台とすることにより、別個のコンデンサ固定台が不
必要であり、小スペースでコンデンサが固定できるた
め、低コスト，小型化が可能となる。

【００２８】また、本実施例では、正負の電極２０５、
２０６を略円状とし、更に中間に絶縁層を挾んで積層し
たため、各半導体モジュール２０２〜２０４、各コンデ
ンサ２１５〜２１７を低インピーダンスで、かつ相互均
等な位置関係にできるため、簡単な構造でありながら電
力平衡をとることができるという優位性を持つ。電力平
衡がとれるということは、過渡電圧，発熱等が均一とな
るため、設計が非常に容易となる。

【００２９】また、本実施例では、部品搭載部材として
放熱部材２０１を用い、その片面に直接冷却フィン２２
４を形成したため、半導体モジュール２０２〜２０４か
ら冷却液までの熱抵抗を非常に小さくでき、放熱器の小
型化が可能となる。また冷却液通路を連続した曲線で形
成したため、冷却液の圧力損失を低くすることができ、
冷却液循環ポンプの必要動力を低減できる。

【００３０】＜第２実施例＞図８〜１１に基づき、第２
実施例について説明する。図８は、その上面図であり、
入力電極及び制御回路を省略した図面である。図９は、
制御回路を省略した上面図である。図１０は、上面図で
ある。また、図１１は、図１０のＧ−Ｏ−Ｇ断面図であ
る。なお、これら図８〜図１１は、上面ケースを省略し
てある。

【００３１】本実施例では、平滑コンデンサ３０１〜３
０６を半導体モジュール２０２〜２０４の間において放
熱部材２０１上に固定しており、図９に示すように、正
負の電極３０７，３０８により、半導体モジュール２０
２〜２０４の各正負端子に接続される。もちろん正負電
極３０７，３０８は本実施例でも重ね合わされている。
また、図１０に示すように、制御回路３１２は正負の電
極３０７，３０８上に配置される。尚、上記第１実施例
と同様の構成については同じ番号を付して説明を省略す
る。

【００３２】本実施例では、半導体モジュール２０２〜
２０４上にコンデンサを配さず、その間に配したため、
第１実施例よりインバータ装置１０１の高さを低く抑え
ることが可能である。なお、本第２実施例において、平
滑コンデンサ３０１〜３０６は必要容量を満たせば各１
個でも各３個でも良く、特に個数に限定されるものでは
ない。

【００３３】＜第３実施例＞次に、図１２に基づき第３
実施例について説明する。本実施例では、放射状の配置
の中心部を周辺より高く、すなわち、半導体モジュール
２０２〜２０４の搭載面を電動機１０２の回転軸１０３
に対して傾斜させ、傾斜面に半導体モジュール４０１〜
４０３を配置している。

【００３４】電動機１０２の軸方向の側面には、ベアリ
ング等を収納した軸受１０２１が有るため、この側面を
平面にするためには、側面の肉厚を増やしたり、電動機
の内部に無駄な空間を設けなくてはならなかった。本実
施例は、傾斜構造により、軸受が突出している場合にも
軸方向の側面のインバータ搭載を可能にしたものであ
る。また、傾斜角を大きくしていくことにより、径の小
さな電動機１０２に対しても、この電動機１０２の側面
の大きさと等しくして搭載することが可能になる。

【００３５】＜第４実施例＞次に、第４実施例につい
て、図１３乃至図１６に基づき説明する。上記第１実施
例乃至第３実施例では、何れも半導体モジュール２０２
〜２０４を１２０度づつ離間して配する構成としたが、
図１３に示すように、半導体モジュール５０１〜５０３
を９０度づつ離間して配したり、図１４に示すように、
半導体モジュール６０１〜６０３を６０度づつ離間して
配したりしても良い。

【００３６】また、図１５及び図１６に示すように、半
導体モジュール７０１〜７０３及び半導体モジュール８
０１〜８０３の側面を、その中心に向くように配設して
も良い。つまり、本発明でいう放射状に半導体モジュー
ルを配するとは、この第４実施例に示す如く、その配置
の角度が限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のインバータ装置を電動機に接続した際
の斜視図である。

【図２】（ａ）は、第１実施例の上面図であり、（ｂ）
は、そのＡ−Ａ断面図である。

【図３】（ａ）は、図２（ａ）上に電極を配設した上面
図であり、（ｂ）は、そのＢ−Ｂ断面図である。

【図４】（ａ）は、図３（ａ）上に制御回路を配設した
上面図であり、（ｂ）は、そのＣ−Ｃ断面図である。

【図５】（ａ）は、図４（ａ）上にコンデンサを配設し
た上面図であり、（ｂ）は、そのＤ−Ｄ断面図である。

【図６】図５（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。

【図７】（ａ）は、放熱部材の断面図であり、（ｂ）
は、そのＦ−Ｆ断面図である。

【図８】第２実施例を示す上面図であり、入力電極及び
制御回路を省略した図である。

【図９】第２実施例を示す上面図であり、制御回路を省
略した図である。

【図１０】第２実施例を示す上面図である。

【図１１】図１０のＧ−Ｏ−Ｇ断面図である。

【図１２】（ａ）は、第３実施例を示す上面図であり、
（ｂ）は、（ａ）図のＨ−Ｏ−Ｈ断面図である。

【図１３】第４実施例を示す図面である。

【図１４】第４実施例を示す図面である。

【図１５】第４実施例を示す図面である。

【図１６】第４実施例を示す図面である。

【符号の説明】

１０１ インバータ １０２ 電動機 １０３ 回転軸 １０４、１０５ 入力ケーブル ２０１ 放熱部材 ２０２、２０３、２０４ 半導体モジュール（スイッチ
ングモジュール） ２０５、２０６ 電極（直流入力部） ２１０、２１１ 電流検出器 ２１５、２１６、２１７ 平滑コンデンサ ２２１ 制御回路

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源を入力する正負の端子が設けら
   れた直流入力部と、 この直流入力部からの直流電源を入力とし、前記直流入
   力部の正負の端子間に第１のスイッチング素子と第２の
   スイッチング素子とが直流接続され、その接続点から負
   荷に電力を供給する複数のスイッチングモジュールと、 を備え、前記スイッチングモジュールは、前記直流入力
   部を中心として放射状に配設されたインバータ装置。
2. 【請求項２】 前記負荷の入力端子を前記スイッチング
   モジュールの接続点の近傍に配し、内部にて接続したこ
   とを特徴とする請求項１記載のインバ−タ装置。
3. 【請求項３】 前記スイッチングモジュールの接続点の
   極近傍に設けられ、前記負荷に供給される電流を検出す
   る電流検出器を備え、この電流検出器がコンデンサの固
   定台を兼ねることを特徴とする請求項１乃至請求項２記
   載のインバ−タ装置。
4. 【請求項４】 前記スイッチングモジュールの直流入力
   端子と電気的に接続されると共に絶縁層を挟んで積層さ
   れた正負の電極を前記スイッチングモジュールの上部に
   配したことを特徴とする請求項１乃至請求項３記載のイ
   ンバ−タ装置。
5. 【請求項５】 前記スイッチングモジュール上部の直流
   入力端子の極近傍に設けられた平滑コンデンサを備え、
   前記積層された正負の電極により接続し、固定したこと
   を特徴とする請求項４記載のインバ−タ装置。
6. 【請求項６】 前記負荷に取り付けられ、この負荷に取
   り付けられる側面に放熱用冷却液通路を備えることを特
   徴とする請求項１乃至請求項５記載のインバ−タ装置。
7. 【請求項７】 放射状に離間して配された前記スイッチ
   ングモジュールの間にコンデンサを配置したことを特徴
   とする請求項１記載のインバ−タ装置。