JPH10201249A - ３レベルインバータのパワーモジュールスタック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高耐圧特性のスイッチング機能素子や高いサ
ージ電圧の吸収機能を考慮する必要のなく、スイッチン
グ機能素子をオフした場合にも過大なサージ電圧が発生
する恐れのない３レベルインバータのパワーモジュール
スタックを提供する。 【解決手段】 ３レベルインバータにおいて、冷却用フ
ィンベース１０の両面に夫々背面を対向させて第１のス
イッチング機能素子１、第１のダイオード５、第２のス
イッチング機能素子２と、第４のスイッチング機能素子
４、第２のダイオード６、第３のスイッチング機能素子
３とを夫々接続端子を順次接続順に配設し、フィンベー
ス１０を囲って全体としてコ字形状になるように各接続
部夫々を絶縁板を挟んで形成した接続板で接続するよう
に構成した。この場合、コンデンサを装着するに当たり
コ字形状に形成した接続板で接続する等の各種の構成が
考えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は３レベルインバータ
のパワーモジュールスタックに係り、特に、高速スイッ
チング特性を向上させるように改良したものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な三相交流を出力する３レベルイ
ンバータ回路は図８に示すように構成され、その働きは
図９に示すように形成されている。図８において、１
Ｕ、２Ｕ、３Ｕ、４Ｕ；１Ｖ、２Ｖ、３Ｖ、４Ｖ；１
Ｗ、２Ｗ、３Ｗ、４Ｗは夫々直列に接続された第１から
第４の自己消弧機能を備えたスイッチング機能素子であ
って、各直列回路の第１のスイッチング機能素子１Ｕ、
１Ｖ、１Ｗの各コレクタはプラス電源Ｐに、各直列回路
の第４のスイッチング機能素子４Ｕ、４Ｖ、４Ｗの各エ
ミッタはマイナス電源Ｎに接続され、第１の直列回路の
第２と第３のスイッチング機能素子２Ｕと３Ｕの接続点
にはＵ相の出力端子Ｕが、第２の直列回路の第２と第３
のスイッチング機能素子２Ｖと３Ｖの接続点にはＶ相の
出力端子Ｖが、第３の直列回路の第２と第３のスイッチ
ング機能素子２Ｗと３Ｗの接続点にはＷ相の出力端子Ｗ
が夫々接続されている。また、各直列回路の第１と第２
のスイッチング機能素子１Ｕと２Ｕの接続点、１Ｖと２
Ｖの接続点、１Ｗと２Ｗの各接続点と、プラス電源Ｐと
マイナス電源Ｎの中間電位であるグランドレベルとの間
には夫々各直列回路において第１のダイオード５Ｕ、５
Ｖ、５Ｗが逆極性に接続され、各直列回路の第３と第４
のスイッチング機能素子３Ｕと４Ｕの接続点、３Ｖと４
Ｖの接続点、３Ｗと４Ｗの各接続点と、グランドレベル
との間には夫々各直列回路において第２のダイオード６
Ｕ、６Ｖ、６Ｗが逆極性に接続されている。各スイッチ
ング機能素子１Ｕ、２Ｕ、３Ｕ、４Ｕ、１Ｖ、２Ｖ、３
Ｖ、４Ｖ、１Ｗ、２Ｗ、３Ｗ、４Ｗには、夫々ダイオー
ド１Ｕａ、２Ｕａ、３Ｕａ、４Ｕａ、１Ｖａ、２Ｖａ、
３Ｖａ、４Ｖａ、１Ｗａ、２Ｗａ、３Ｗａ、４Ｗａが逆
極性に接続されている。各ダイオードは過渡的に発生す
るパルス電圧の制限用であって、ダイオードに変えてス
ナバ回路が接続される場合もある。プラス電源Ｐとグラ
ンドレベルＧとの間、マイナス電源Ｎとグランドレベル
Ｇとの間には夫々コンデンサ７、８が接続されている。
上記の回路図において、各スイッチング機能素子のゲー
トに接続する操作信号の入力回路とインバータの制御回
路の図示は省略している。

【０００３】上述のように構成された働きをＵ相分の素
子で代表して説明する。図９（Ａ）は同図（Ｂ）にＳで
示す正弦波１サイクルに相当する時間経過における各ス
イッチング機能素子のオン、オフによる出力電圧の変化
を示している。図９（Ａ）で、Ｐは第１のスイッチング
機能素子１Ｕがオンされたときに出力されるプラス電
位、Ｎは第４のスイッチング機能素子４Ｕがオンされた
ときに出力されるマイナス電位、Ｇは第１のスイッチン
グ機能素子１Ｕと第４のスイッチング機能素子４Ｕとが
オフされたときに出力されるグランドレベルである。ま
た、図１０には図９（Ａ）に対応する各スイッチング機
能素子のオン、オフを示している。図１０の縦方向の数
値はスイッチング機能素子の符号を横方向はスイッチン
グモードの別を記している。なお、図１０中、○はオン
状態を、また×はオフ状態を夫々示す。即ち、第２と第
３のスイッチング機能素子２Ｕと３Ｕは常時オンされ、
第１のスイッチング機能素子１Ｕがオンされるモードに
は出力端子Ｕにはプラス電位Ｐが出力され、オフされる
とダイオード５Ｕ、６Ｕを経由してグランドレベルＧが
出力される。また、第４のスイッチング機能素子４Ｕが
オンされるモードには出力端子Ｕにはマイナス電位Ｎが
出力される。従って、図９（Ａ）に示すように、夫々の
スイッチング機能素子のオン、オフのタイミングと時間
幅を制御すると、ＰＷＭ制御された正弦波が出力され
る。

【０００４】図８に示した各スイッチング機能素子類を
組み立てる場合には、冷却用のファン等で空冷されるフ
ィンベースの上に固定され、各電極が導線又は銅板で接
続される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な回路構成であると、例えば、第１のスイッチング機能
素子と第２のスイッチング機能素子がオンされた後、第
１のスイッチング機能素子がオフされると、第１のスイ
ッチング機能素子に供給されるプラス電源配線のもつイ
ンダクタンス成分とコンデンサとの共振特性で過大なサ
ージ電圧が発生して第１のスイッチング機能素子のコレ
クタ端子に印加される。従って、第１のスイッチング機
能素子には耐圧の高い素子を使用するかサージ電圧を吸
収する機能回路を構成する必要があるという問題点があ
った。本発明は従来のものの上記課題（問題点）を解決
し、特に高い耐圧特性のスイッチング機能素子や高いサ
ージ電圧の吸収機能を考慮する必要のない、スイッチン
グ機能素子をオフした場合にも過大なサージ電圧が発生
する恐れのない３レベルインバータのパワーモジュール
スタックを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく３レベル
インバータのパワーモジュールスタックは、上記課題を
解決するために、各相を形成する回路が、少なくとも各
１個のコレクタ及びエミッタを同一面側に形成した自己
消弧機能を備えたスイッチング機能素子を４組直列に接
続した両端をプラス電源とマイナス電源に接続し、中間
接続点を出力端子とすると共に、第１のスイッチング機
能素子と第２のスイッチング機能素子との接続点及び第
３のスイッチング機能素子と第４のスイッチング機能素
子との接続点を夫々アノードとカソードを同一面側に形
成した第１及び第２のダイオードでグランド点に対して
逆極性に接続して構成した３レベルインバータにおい
て、冷却用フィンベースの両面に夫々背面を対向させて
第１のスイッチング機能素子、第１のダイオード、第２
のスイッチング機能素子、と、第４のスイッチング機能
素子、第２のダイオード、第３のスイッチング機能素子
とを夫々接続端子を順次接続順に配設し、前記第２のス
イッチング機能素子と第３のスイッチング機能素子との
夫々の相互に接続する所定端子を前記冷却用フィンベー
スを囲んでコ字状に形成した所定幅の第１の接続板で接
続すると共に、この第１の接続板の中間位置に出力端子
を形成し、第２の接続板で前記第１のスイッチング機能
素子と第２のスイッチング機能素子及び第１のダイオー
ドの夫々の相互に接続する所定端子を接続すると共に、
この第２の接続板の干渉する第１のダイオードの非接続
端子部は開孔し、第３の接続板で前記第４のスイッチン
グ機能素子と第３のスイッチング機能素子及び第２のダ
イオードの夫々の相互に接続する所定端子を接続すると
共に、この第３の接続板の干渉する第２のダイオードの
非接続端子部を開孔し、前記第１の接続板及び第２の接
続板夫々とを第１の絶縁板を挟んで、前記第１の接続板
のコ字状の折り曲げ部で第２の絶縁板を挟み重ねてコ字
状に第１の接続板及び第３の接続板夫々とを第３の絶縁
板を挟んで形成した第４の接続板で、前記第１のダイオ
ードのグランド接続端子（アノード）と第２のダイオー
ドのグランド接続端子（カソード）とを接続すると共
に、この第４の接続板の干渉する第２のスイッチング機
能素子の端子部と第３のスイッチング機能素子の端子部
及びこの第４の接続板の干渉する第１のダイオード及び
／又は第２のダイオードの非接続端子部は開孔してグラ
ンド接続回路を形成し、前記第１の接続板と第２の接続
板及び第４の接続板夫々とを第１の絶縁板と第４の絶縁
板を挟んで前記第１の接続板のコ字状の折り曲げ部で第
１の接続板とは反対方向に折り曲げてプラス電源接続回
路を形成した第５の接続板で前記第１のスイッチング機
能素子のプラス電源接続端子（コレクタ）と接続すると
共に、この第５の接続板の干渉する第１のスイッチング
機能素子の非接続端子（エミッタ）及び第２のスイッチ
ング機能素子と第１のダイオード夫々の端子部を開孔
し、前記第１の接続板と第３の接続板及び第４の接続板
夫々とを前記第３の絶縁板と第５の絶縁板を挟んで前記
第１の接続板のコ字状の折り曲げ部で第１の接続板とは
反対方向に折り曲げてマイナス電源接続回路を形成した
第６の接続板で前記第４のスイッチング機能素子のマイ
ナス電源接続端子（エミッタ）と接続すると共に、この
第６の接続板の干渉する第４のスイッチング機能素子の
非接続端子（コレクタ）及び第３のスイッチング機能素
子と第２のダイオード夫々の端子部を開孔するように構
成した。

【０００７】この場合、上記の各スイッチング機能素子
の端子に、スナバ回路又はダイオードを直接接続するよ
うにしても良い。また、電源回路にコンデンサを接続す
る場合は、前記第４の接続板のコ字状に折り曲げた反対
側をプラス電源接続回路方向に延長して第１のコンデン
サのマイナス側端子に接続し、この第１のコンデンサの
プラス側端子は前記第５の接続板を前記第４の接続板と
この第１のコンデンサに対して第６の絶縁板を挟んで延
長して接続すると共に、この第５の接続板の干渉する第
１のコンデンサの非接続端子部を開孔するようにし、前
記第４の接続板のコ字状に折り曲げた反対側をマイナス
電源接続回路方向に延長して第２のコンデンサのプラス
側端子に接続し、この第２のコンデンサのマイナス側端
子は前記第６の接続板を前記第４の接続板とこの第２の
コンデンサに対して第７の絶縁板を挟んで延長して接続
すると共に、この第６の接続板の干渉する第２のコンデ
ンサの非接続端子部を開孔するようにするのが望まし
い。上記の第１、第２のコンデンサはいずれも少なくと
も夫々が２個以上のコンデンサがコンデンサ接続板によ
って直列及び／又は並列に接続されているようにしても
良い。また、第１乃至第４のスイッチング機能素子及び
／又は第１乃至第２のダイオード夫々は所定幅の端子接
続板（いわゆるブスバー）によって少なくとも２個以上
ずつ並列接続されるようにしても良い。また、第５及び
第６の接続板の端子接続部はクランク状に折り曲げて成
形するようにしても良い。本発明は、上述のように構成
したので、各パワー素子が効率良く冷却されると共に、
各接続回路、特に、プラス電源回路及びマイナス電源回
路の残留インダクタンス成分が少なくなったので、スイ
ッチング機能素子のオンオフ時にも過大な電圧が発生し
なくなった。従って、高い耐圧特性のスイッチング機能
素子や高いサージ電圧の吸収機能を考慮する必要が無く
なった。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態を図１
乃至図７を参照して詳細に説明する。パワーモジュール
スタックは各相同一構造に形成できるので、一つの相を
代表して説明する。従って、単相交流の場合は本実施の
形態で説明する構造のみを採用すれば良く、３相交流の
場合は本実施の形態で説明する構造を３組使用すれば良
い。その他の多相交流の場合も同様に相数使用すれば良
い。本実施の形態においては、図３に示すように、各ス
イッチング機能素子は４個並列に、各ダイオードは２個
並列に、各コンデンサは３個並列にした回路を２組直列
に接続した例について説明する。従って、この発明に示
す技術思想を装置として構成する場合は、夫々の機能素
子の並列数等に対応しては、以下の説明を参照して適切
に形成させれば良い。図３において、１、２、３、４は
夫々直列に接続した自己消弧機能を備えたスイッチング
機能素子であって、各スイッチング機能素子は夫々がス
バナ回路１ａ、２ａ、３ａ、４ａを接続して４組並列に
接続され、第１のスイッチング機能素子１のコレクタＣ
はプラス電源Ｐに、第４のスイッチング機能素子４のエ
ミッタＥはマイナス電源Ｎに接続されている。また、第
２のスイッチング機能素子２のエミッタＥと第３のスイ
ッチング機能素子３のコレクタＣとの接続点は出力端子
Ｚを形成している。また、第１のスイッチング機能素子
１のエミッタＥと第２のスイッチング機能素子２のコレ
クタＣとの接続点には第１のダイオード５のカソードＫ
が夫々がスナバ回路５ａを接続して２組並列に接続さ
れ、第１のダイオード５のアノードＡはプラス電源Ｐと
マイナス電源Ｎの中間電位であるグランドレベルＧに接
続されている。即ち、第１のダイオード５はプラス電位
とグランドレベルとの間に逆極性に接続されている。

【０００９】同様に、第３のスイッチング機能素子３の
エミッタＥと第４のスイッチング機能素子４のコレクタ
Ｃとの接続点には第２のダイオード６のアノードＡが夫
々がスナバ回路６ａを接続して２組並列に接続され、第
２のダイオード６のカソードＫはグランドレベルＧに接
続されている。即ち、第１のダイオード６はマイナス電
位とグランドレベルとの間に逆極性に接続されている。
上述した回路構成におけるプラス電源Ｐとグランドレベ
ルＧとの間には第１のコンデンサ７が３個並列にした回
路を２組直列にして接続され、マイナス電源Ｎとグラン
ドレベルＧとの間には第２のコンデンサ８が３個並列に
した回路を２組直列にして接続されている。

【００１０】次に、上述の回路を本発明に基づいて構成
したパワーモジュールスタックの例を詳細に説明する。
図１はパワーモジュールスタックを正面から、図２は図
１のスナバ回路を外して上から見た状態を示している。
本実施の形態の説明では図１を参照し、図に対して示す
方向で、上、下、右、左と称して説明する。各図におい
て、１０は冷却機能を備えたフィンベースであって、上
下側に夫々が４個のスイッチング機能素子１〜４と各２
個合計４個のダイオード５、６を装着した２組のフィン
ベース素子１０Ａ，１０Ｂを結合してフィンベース１０
を構成している。即ち、フィンベース１０の上側には、
左から、左側がコレクタＣ、右側がエミッタＥになるよ
うに第１のスイッチング機能素子１、左側にカソード
Ｋ、右側にアノードＡになるように第１のダイオード
５、第１のスイッチング機能素子１と同様の方向に第２
のスイッチング機能素子２を並べて装着している。ま
た、下側には、右から、右側がコレクタＣ、左側がエミ
ッタＥになるように第３のスイッチング機能素子３、そ
の左側に右側がカソードＫ、左側がアノードＡになるよ
うに第２のダイオード６、さらに、その左側に第４のス
イッチング機能素子４を並べて装着している。即ち、冷
却用フィンベース１０の両面に夫々背面を対向させて第
１のスイッチング機能素子１、第１のダイオード５、第
２のスイッチング機能素子２と、第４のスイッチング機
能素子４、第２のダイオード６、第３のスイッチング機
能素子３とを夫々接続端子を順次接続順に配設してい
る。

【００１１】上記の構成において、第２のスイッチング
機能素子２のエミッタＥと、図４（Ａ）に示すように冷
却用フィンベース１０を囲んでコ字状に形成したこのイ
ンバータの消費電力に対応した厚みの金属導体、例えば
銅板で形成した第１の接続板１１（以下に説明する各接
続板も説明は省略するが同様の電気特性を有する）の第
１の開孔ａ１を接続し、第３のスイッチング機能素子３
のコレクタＣと第１の接続板１１の第２の開孔ｂ１を接
続する。第１の接続板１１に設けたＺは出力端子を形成
し、図示しない導体で所定の外部回路に接続される。即
ち、第２のスイッチング機能素子２と第３のスイッチン
グ機能素子３との夫々の相互に接続する所定端子を前記
冷却用フィンベース１０を囲んでコ字状に形成した所定
幅の第１の接続板１１で接続すると共に、この第１の接
続板１１の中間位置に出力端子Ｚを形成している。

【００１２】また、第１のスイッチング機能素子１のエ
ミッタＥと図４（Ｂ）に示す第２の接続板１２の第１の
開孔ｃ１とを、第１のダイオード５のカソードＫと第２
の接続板１２の第２の開孔ｄ１とを、第２のスイッチン
グ機能素子２のコレクタＣと第２の接続板１２の第４の
開孔ｆとを接続する。第２の接続板１２の第３の開孔ｅ
１は、この第２の接続板１２と干渉する第１のダイオー
ド５のアノードＡ貫通用のための開孔である。上記と同
様に、第４のスイッチング機能素子４のコレクタＣと図
４（Ｃ）に示す第３の接続板１３の第１の開孔ｇとを、
第２のダイオード６のアノードＡと第３の接続板１３の
第２の開孔ｈとを、第３のスイッチング機能素子３のエ
ミッタＥと第３の接続板１３の第４の開孔ｋとを接続す
る。第３の接続板１３の第３の開孔ｊは、この第３の接
続板１３と干渉する第２のダイオード６のカソードＫ貫
通用のための開孔である。第１のダイオード５及び／又
は第２のダイオード６の装着方向を逆にした場合は、第
２の接続板１２と第３の接続板１３の各開孔はその端子
位置に対応して変更すれば良い。即ち、第２の接続板１
２で第１のスイッチング機能素子１と第２のスイッチン
グ機能素子２及び第１のダイオード５の夫々の相互に接
続する所定端子を接続すると共に、この第２の接続板１
２の干渉する第１のダイオード５の非接続端子部は開孔
し、第３の接続板１３で第４のスイッチング機能素子４
と第３のスイッチング機能素子３及び第２のダイオード
６の夫々の相互に接続する所定端子を接続すると共に、
この第３の接続板１３の干渉する第２のダイオード６の
非接続端子部を開孔する。

【００１３】第１の接続板１１の上側には図６（Ａ）に
示す第１の絶縁板２１を挟み、第１の接続板１１の右側
には同図（Ｂ）に示す第２の絶縁板２２を挟み、第１の
接続板１１の下側に同図（Ｃ）に示す第３の絶縁板２３
を挟んで、図４（Ｄ）に示す第４の接続板１４を形成さ
せる。上記の配置の結果、第１の絶縁板２１は第１の接
続板１１と共に第２の接続板１２を覆い、第３の絶縁板
２３は第１の接続板１１と共に第３の接続板１３をも覆
うことになる。第４の接続板１４の第１の開孔ｍは第１
のダイオード５のアノードＡと、第２の開孔ｎは第２の
ダイオード６のカソードＫと接続する。なお、第３の開
孔ｐは第２のスイッチング機能素子２の端子と、第４の
開孔ｑは、第３のスイッチング機能素子３の端子とが干
渉しないように貫通させる開孔である。第１のダイオー
ド５及び／又は第２のダイオード６の装着方向を逆にし
た場合は、干渉する端子部を開孔すれば良い。また、図
６（Ａ）に示す第１の絶縁板２１の第１の開孔ａは第１
のスイッチング機能素子１のエミッタＥ、第２、第３の
開孔ｂ、ｃは第１のダイオード５の各端子、第４、第５
の開孔ｄ、ｅは第２のスイッチング機能素子２の各端子
の夫々貫通孔であり、同図（Ｃ）に示す第３の絶縁板２
３の第１の開孔ｆは第４のスイッチング機能素子４のコ
レクタＣ、第２、第３の開孔ｇ、ｈは第２のダイオード
６の各端子、第４、第５の開孔ｊ、ｋは第３のスイッチ
ング機能素子３の各端子の夫々貫通孔である。即ち、前
記第１の接続板１１及び第２の接続板１２夫々とを第１
の絶縁板２１を挟んで前記第１の接続板１１のコ字状の
折り曲げ部で第２の絶縁板２２を挟み重ねてコ字状に第
１の接続板１１及び第３の接続板１３夫々とを第３の絶
縁板２３を挟んで形成した４の接続板１４で第１のダイ
オード５のグランド接続端子（アノード）と第２のダイ
オード６のグランド接続端子（カソード）とを接続する
と共に、干渉する第２のスイッチング機能素子２の端子
部と第３のスイッチング機能素子３の端子部及びこの第
４の接続板１４の干渉する第１のダイオード５及び／又
は第２のダイオード６の非接続端子部は開孔してグラン
ド接続回路を形成している。

【００１４】図４（Ｄ）に示す第４の接続板１４の第５
の開孔ｒには第１のコンデンサ７の端子（電解コンデン
サの場合はマイナス端子）を接続し、第６の開孔ｓには
第２のコンデンサ８の端子（電解コンデンサの場合はプ
ラス端子）を接続する。夫々が３個並列した組を２組直
列にしたコンデンサ７及び８は夫々図５（Ｃ）に示すコ
ンデンサ接続板１７の開孔ＣａとＣｂで接続する。ま
た、Ｇｔはグランド端子を形成し、図示しない導線で所
定の外部回路に接続される。

【００１５】図４（Ｄ）に示す第４の接続板１４は図形
に示す形状に一体に形成しているように示しているが、
コンデンサを接続しない場合はコ字状に成形すれば良
く、所望される接続機能が得られれば、一体ではなく、
同図に示す上側、即ち第１のスイッチング機能素子１側
と下側になる第４のスイッチング機能素子４側とを個別
に加工して電気的に接続するようにしも良い。その場
合、コンデンサ接続側と反対側を折り重ねて成形するよ
うにしても良い。また、グランド端子Ｇｔも上記の接続
板構造と共に、外部回路との関係で適切に構成させれば
良い。

【００１６】また、第４の接続板１４との間に、図６
（Ｄ）に示す第４の絶縁板２４を挟み、図５（Ｃ）に示
す第７の接続板１７との間に図７（Ａ）に示す第６の絶
縁板２６を挟んで、図５（Ａ）に示すように折り曲げる
と共に両端をクランク形状に成形した第５の接続板１５
を構成させ、この第５の接続板１５の第１の開孔ｔと、
第１のスイッチング機能素子１のコレクタＣとを接続
し、第５の開孔ｘと第１のコンデンサ７のプラス電源接
続端子とを接続する。第５の接続板１５に示す第２の開
孔ｕは第１のスイッチング機能素子１のエミッタＥと、
第３の開孔Ｖは第１のダイオード５の各端子と、第４の
開孔ｗは第２のスイッチング機能素子２の各端子との夫
々干渉する端子部の開孔である。また、第６の開孔ｙは
第１のコンデンサ７との夫々干渉する端子部の開孔であ
る。図６（Ｄ）に示す第４の絶縁板２４に設けた第１の
開孔ｍは第１のダイオード５のアノード端子Ａと、第２
と第３の開孔ｎとｐは夫々第２のスイッチング機能素子
２の各端子の貫通孔であり、図７（Ａ）に示す第６の絶
縁板２６に設けた第１乃至第３の各開孔ｔ、ｕ、ｖは夫
々第１のコンデンサ７の端子の貫通孔である。

【００１７】また、第４の接続板１４との間に、図６
（Ｅ）に示す第５の絶縁板２５を挟み、図５（Ｃ）に示
す第７の接続板１７との間に図７（Ｂ）に示す第７の絶
縁板２７を挟んで、図５（Ｂ）に示すように折り曲げる
と共に両端をクランク形状に成形した第６の接続板１６
を構成させ、この第６の接続板１６の第１の開孔ｚと、
第４のスイッチング機能素子４のエミッタＥとを接続
し、第５の開孔ｅ２と第２のコンデンサ８のマイナス電
源接続端子とを接続する。図５（Ｂ）に示す第６の接続
板１６の第２の開孔ａ２は第４のスイッチング機能素子
４のコレクタＣと、第３の開孔ｂ２は第２のダイオード
６の各端子と、第４の開孔ｃ２は第３のスイッチング機
能素子３の各端子との夫々干渉する端子部の開孔であ
る。また、第６の開孔ｄ２は第２のコンデンサ８との夫
々干渉する端子部の開孔である。図６（Ｅ）に示す第５
の絶縁板２５に設けた第１の開孔ｑは第２のダイオード
６のカソード端子Ｋと、第２と第３の開孔ｒとｓは夫々
第３のスイッチング機能素子３の各端子の貫通孔であ
り、図７（Ｂ）に示す第７の絶縁板２７に設けた第１乃
至第３の各開孔ｗ、ｘ、ｙは夫々第２のコンデンサ８の
端子の貫通孔である。即ち、第１の接続板１１と第２の
接続板１２及び第４の接続板１４夫々とを第４の絶縁板
２４を挟んで前記第１の接続板１１のコ字状の折り曲げ
部で第１の接続板１１と反対方向に折り曲げてプラス電
源接続回路を形成した第５の接続板１５で第１のスイッ
チング機能素子１のプラス電源接続端子コレクタと接続
すると共に、この第５の接続板１５の干渉する第１のス
イッチング機能素子１の非接続端子エミッタ及び第２の
スイッチング機能素子２と第１のダイオード５夫々の端
子部を開孔し、第１の接続板１１と第３の接続板１３及
び第４の接続板１４夫々とを第５の絶縁板２５を挟んで
前記第１の接続板１１のコ字状の折り曲げ部で第１の接
続板１１と反対方向に折り曲げてマイナス電源接続回路
を形成した第６の接続板１６で前記第４のスイッチング
機能素子４のマイナス電源接続端子エミッタと接続する
と共に、この第６の接続板１６の干渉する第４のスイッ
チング機能素子４の非接続端子コレクタ及び第３のスイ
ッチング機能素子３と第２のダイオード６夫々の端子部
を開孔した。

【００１８】図３に示すように、上記の各スイッチング
機能素子に接続するスナバ回路１ａ、２ａ、３ａ、４ａ
及び、各ダイオードに接続するスナバ回路５ａ、６ａは
夫々、前述したように各非接続の接続板及び絶縁板に設
けた開孔を貫通して接続される。また、並列接続される
各スイッチング機能素子は図５（Ｄ）に示す第１の端子
接続板１８の開孔Ｂａで、並列接続される各ダイオード
は図５（Ｅ）に示す第２の端子接続板１９の開孔Ｂｂで
夫々接続される。第１の端子接続板１８及び第２の端子
接続板１９は夫々並列接続される各端子に電流を等しく
分配するために、このインバータの周波数と電流値に対
応し、前述した各接続板の電気特性を補償するのに適し
た特性を有する厚みと幅に成形した銅板で形成させる。
即ち、第１、第２の各端子接続板１８、１９はブスバー
としての機能を備える。従って、インバータの特性によ
っては第１の接続板１８及び／又は第２の接続板１９は
設けなくても良い。また、上記の説明では、プラス電源
Ｐの接続部、マイナス電源Ｎの接続部を省略したが、図
示した出力端子Ｚ、グランド端子Ｇｔと共に、外部回路
と各接続板の構成に対応して適切に設定すれば良い。

【００１９】上述の説明は本発明の技術思想を実現する
ための基本構成とその働きを説明する実施の形態を示し
たものであって、図３に示したパワーモジュールの構造
に対応して発明したものであるが、並列素子数が異なっ
たり、フィンベースの形状が異なる等その他の類似形状
のパワーモジュールにも上述の技術思想を応用すれば良
い。また、例えば、第５の接続板、第６の接続板には非
接続端子貫通用の開孔を設けるように説明したが、対象
素子の交換やスナバ回路の必要がなければ、装着間隔を
空けて不要箇所の開孔を除いても良い。また、各絶縁板
は、上記の図示にこだわらず、適当に分割し、また形状
にしても良いことは当然であり、必要と条件に対応して
説明を省略した子ねじによる取り付け手段を設けるよう
にしても良いし、接続板の形状も装置条件に対応して適
切な形状にしても良いことは当然である。

【００２０】

【発明の効果】本発明の３レベルインバータのパワーモ
ジュールスタックは上記のように構成されるから、次の
ような優れた効果を有する。 （１）請求項１に記載の発明のように構成すると、各接
続される機能素子類の接続回路に存在するインダクタン
ス成分を減少させることができるので、インバータのス
イッチングによる過渡特性によって過大なサージ電圧が
発生しなくなる。従って、特殊なサージキラーの必要が
なく、使用する機能素子類の耐圧を従来より低下させる
ことができる。 （２）請求項２に記載の発明のように、各スイッチング
機能素子にスナバ回路又はダイオードを直接接続する
と、簡単な作業でスナバ回路又はダイードの機能を有効
に活用できる。 （３）請求項３に記載の発明のように、コンデンサを所
定の接続板に直接接続すると、上記（１）の効果がより
強化される。 （４）請求項４に記載の発明のように、直列又は／及び
並列に接続されるコンデンサをコンデンサ接続板で接続
すると、簡単な作業でコンデンサの機能を有効に活用で
きる。 （５）請求項５に記載の発明のように、並列接続される
スイッチング機能素子やダイオードを端子接続板（ブス
バー）で接続すると、並列接続される各スイッチング機
能素子やダイオードの電流配分がより良くバランスされ
る。 （６）請求項６に記載の発明のように、第５及び第６の
接続板を最上部の接続板の端子接続部をクランク状態に
折り曲げて成形すると、同一平面状に並列に配置される
その他のスイッチング機能素子やダイードの端子に影響
されないので、第５及び第６の各接続板を適切に配設で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく３レベルインバータのパワーモ
ジュールスタックの一実施の形態の構成を示す正面図で
ある。

【図２】図１に示すパワーモジュールスタックのスナバ
回路を除いた平面図である。

【図３】図１、図２に示す３レベルインバータの１相の
構成を示す概要ブロック図である。

【図４】図１、図２に示したパワーモジュールスタック
に使用する接続板の構造図であって、同図（Ａ）は第１
の接続板の斜視図、同図（Ｂ）は第２の接続板の斜視
図、同図（Ｃ）は第３の接続板の斜視図、同図（Ｄ）は
第４の接続板の斜視図である。

【図５】同図（Ａ）は第５の接続板の斜視図、同図
（Ｂ）は第６の接続板の斜視図、同図（Ｃ）はコンデン
サ接続板の平面図、同図（Ｄ）は第１の端子接続板の平
面図、同図（Ｅ）は第２の端子接続板の平面図である。

【図６】図１、図２に示したパワーモジュールスタック
に使用する絶縁板の構造図であって、同図（Ａ）は第１
の絶縁板の平面図、同図（Ｂ）は第２の絶縁板の平面
図、同図（Ｃ）は第３の絶縁板の平面図、同図（Ｄ）は
第４の絶縁板の平面図、同図（Ｅ）は第５の絶縁板の平
面図である。

【図７】同図（Ａ）は第６の絶縁板の平面図、同図
（Ｂ）は第７の絶縁板の平面図である。

【図８】３レベルインバータの主要回路構成を示す概要
ブロック図である。

【図９】３レベルインバータの特性を説明する概要タイ
ムチャート図で、同図（Ａ）は各スイッチング機能素子
の出力を、同図（Ｂ）はその動作の基準となる正弦波Ｓ
の１サイクル区間を夫々示す。

【図１０】３レベルインバータの機能を説明する説明図
である。

【符号の説明】

１〜４：スイッチング機能素子 １ａ〜４ａ：スナバ回路 ５、６：ダイオード ５ａ、６ａ：スナバ回路 ７、８：コンデンサ １０：フィンベース １１〜１６：接続板 １７：コンデンサ接続板 １８、１９：端子接続板（ブスバー） ２１〜２７：絶縁板 Ｚ：出力端子

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各相を形成する回路が、少なくとも各１
   個のコレクタ及びエミッタを同一面側に形成した自己消
   弧機能を備えたスイッチング機能素子を４組直列に接続
   した両端をプラス電源とマイナス電源に接続し、中間接
   続点を出力端子（Ｚ）とすると共に、第１のスイッチン
   グ機能素子（１）と第２のスイッチング機能素子（２）
   との接続点及び第３のスイッチング機能素子（３）と第
   ４のスイッチング機能素子（４）との接続点を夫々アノ
   ードとカソードを同一面側に形成した第１及び第２のダ
   イオード（５）、（６）でグランド点に対して逆極性に
   接続して構成した３レベルインバータにおいて、 冷却用フィンベース（１０）の両面に夫々背面を対向さ
   せて第１のスイッチング機能素子（１）、第１のダイオ
   ード（５）、第２のスイッチング機能素子（２）と、第
   ４のスイッチング機能素子（４）、第２のダイオード
   （６）、第３のスイッチング機能素子（３）とを夫々接
   続端子を順次接続順に配設し、 前記第２のスイッチング機能素子（２）と第３のスイッ
   チング機能素子（３）の夫々の相互に接続する所定端子
   を前記冷却用フィンベース（１０）を囲んでコ字状に形
   成した所定幅の第１の接続板（１１）で接続すると共
   に、該第１の接続板（１１）の中間位置に出力端子
   （Ｚ）を形成し、 第２の接続板（１２）で前記第１のスイッチング機能素
   子（１）と第２のスイッチング機能素子（２）及び第１
   のダイオード（５）の夫々の相互に接続する所定端子を
   接続すると共に、該第２の接続板（１２）の干渉する第
   １のダイオード（５）の非接続端子部は開孔し、 第３の接続板（１３）で前記第４のスイッチング機能素
   子（４）と第３のスイッチング機能素子（３）及び第２
   のダイオード（６）の夫々の相互に接続する所定端子を
   接続すると共に、該第３の接続板（１３）の干渉する第
   ２のダイオード（６）の非接続端子部を開孔し、 前記第１の接続板（１１）及び第２の接続板（１２）夫
   々とを第１の絶縁板（２１）を挟んで、前記第１の接続
   板（１１）のコ字状の折り曲げ部で第２の絶縁板（２
   ２）を挟み重ねてコ字状に第１の接続板（１１）及び第
   ３の接続板（１３）夫々とを第３の絶縁板（２３）を挟
   んで形成した第４の接続板（１４）で、前記第１のダイ
   オード（５）のグランド接続端子（アノード）と第２の
   ダイオード（６）のグランド接続端子（カソード）とを
   接続すると共に、該第４の接続板（１４）の干渉する第
   ２のスイッチング機能素子（２）の端子部と第３のスイ
   ッチング機能素子（３）の端子部及び該第４の接続板
   （１４）の干渉する第１のダイオード（５）及び／又は
   第２のダイオード（６）の非接続端子部は開孔してグラ
   ンド接続回路を形成し、 前記第１の接続板（１１）と第２の接続板（１２）及び
   第４の接続板（１４）夫々とを第１の絶縁板（２１）と
   第４の絶縁板（２４）とを挟んで前記第１の接続板（１
   １）のコ字状の折り曲げ部で第１の接続板（１１）とは
   反対方向に折り曲げてプラス電源接続回路を形成した第
   ５の接続板（１５）で、前記第１のスイッチング機能素
   子（１）のプラス電源接続端子（コレクタ）と接続する
   と共に、該第５の接続板（１５）の干渉する第１のスイ
   ッチング機能素子（１）の非接続端子（エミッタ）及び
   第２のスイッチング機能素子（２）と第１のダイオード
   （５）夫々の端子部を開孔し、 前記第１の接続板（１１）と第３の接続板（１３）及び
   第４の接続板（１４）夫々とを前記第３の絶縁板（２
   ３）と第５の絶縁板（２５）とを挟んで前記第１の接続
   板（１１）のコ字状の折り曲げ部で第１の接続板（１
   １）と反対方向に折り曲げてマイナス電源接続回路を形
   成した第６の接続板（１６）で前記第４のスイッチング
   機能素子（４）のマイナス電源接続端子（エミッタ）と
   接続すると共に、該第６の接続板（１６）の干渉する第
   ４のスイッチング機能素子（４）の非接続端子（コレク
   タ）及び第３のスイッチング機能素子（３）と第２のダ
   イオード（６）夫々の端子部を開孔するようにしたこと
   を特徴とする３レベルインバータのパワーモジュールス
   タック。
2. 【請求項２】 請求項１記載の３レベルインバータのパ
   ワーモジュールスタックにおいて、各スイッチング機能
   素子（１）〜（４）の端子に、スナバ回路又はダイオー
   ド（５）〜（６）を夫々直接接続した３レベルインバー
   タのパワーモジュールスタック。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の３レベルインバ
   ータの電源回路にコンデンサを並列に接続したパワーモ
   ジュールスタックにおいて、 前記第４の接続板（１４）のコ字状に折り曲げた反対側
   をプラス電源接続回路方向に延長して第１のコンデンサ
   （７）のマイナス側端子に接続し、第１のコンデンサ
   （７）のプラス側端子は前記第５の接続板（１５）を前
   記第４の接続板（１４）と第１のコンデンサ（７）に対
   して第６の絶縁板（２６）を挟んで延長して接続すると
   共に、該第５の接続板（１５）の干渉する第１のコンデ
   ンサ（７）の非接続端子部を開孔するようにし、 前記第４の接続板（１４）のコ字状に折り曲げた反対側
   をマイナス電源接続回路方向に延長して第２のコンデン
   サ（８）のプラス側端子に接続し、第２のコンデンサ
   （８）のマイナス側端子は前記第６の接続板（１６）を
   前記第４の接続板（１４）と第２のコンデンサ（８）に
   対して第７の絶縁板（２７）を挟んで延長して接続する
   と共に、該第６の接続板（１６）の干渉する第２のコン
   デンサ（８）の非接続端子部を開孔するようにした３レ
   ベルインバータのパワーモジュールスタック。
4. 【請求項４】 請求項３記載の３レベルインバータのパ
   ワーモジュールスタックにおいて、 第１、第２のコンデンサ（７）、（８）は夫々が、少な
   くとも２個以上のコンデンサがコンデンサ接続板（１
   ７）によって直列及び／又は並列に接続されている３レ
   ベルインバータのパワーモジュールスタック。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の３レ
   ベルインバータのパワーモジュールスタックにおける第
   １乃至第４のスイッチング機能素子（１）〜（４）及び
   ／又は第１乃至第２のダイオード（５）、（６）夫々は
   所定幅の端子接続板（１８）、（１９）によって少なく
   とも２個以上ずつ並列に接続されるようにした３レベル
   インバータのパワーモジュールスタック。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載の３レ
   ベルインバータのパワーモジュールスタックにおいて、 第５及び第６の接続板（１５）、（１６）の端子接続部
   をクランク状に折り曲げて成形した３レベルインバータ
   のパワーモジュールスタック。