JPH10248266A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体モジュールと平滑用コンデンサとの接
続導体が長くなるなるので、半導体モジュールのスイッ
チング時のスパイク電圧の抑制が困難である。 【解決手段】 相互の端子部１３，１４、１６，１７の
極性が対応するように上下に対向して配置された半導体
モジュール１５と平滑用コンデンサ１２、一端が端子部
１３、１４、１６、１７に固着されるとともに他端が同
一極性同士で接触する少なくとも二対の接続導体１９，
２１、２０，２２、極性の異なる接続導体２１，２２間
に挟持され高誘電率を有する絶縁部材２５を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体モジュー
ルと平滑用コンデンサとの接続距離を短くすることによ
り、主回路配線のインダクタンスを低減するとともに、
高価な絶縁部材を減少することがが可能な電力変換装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高性能かつ高効率に電力変換が可能なよ
うに、電力用半導体素子としてのＩＧＢＴ(Insulated G
ate Bipolar Transistor)等の半導体素子を用いて、高
い周波数で高速にスイッチングされる電力変換装置を構
成する場合には、この電力変換装置を構成する回路の低
インダクタンス化が、サージ電圧を抑制のために必要と
される。

【０００３】図８は例えば特開平６−２２５５４５号公
報に示された従来の電力形インバータの主回路接続図、
図９は電力変換装置一対分の構成を示す正面図である。
各図において、１は直流電源入力端子、２は交流出力端
子、３は電力変換装置、４は平滑用コンデンサ、５は正
極電源供給導体、６は負極電源供給導体、７はスイッチ
素子が２個パッケージされたＩＧＢＴの半導体モジュー
ル、８は放熱フイン等の冷却器、９、１０はそれぞれス
イッチ素子、１１は正極電源供給導体５と負極電源供給
導体６との間に介在して配置された高誘電率を有する絶
縁部材で、例えば、チタン酸バリウム系セラミックによ
り形成されている。

【０００４】ここで、平滑用コンデンサ４と半導体モジ
ュール７とは、図９に示すように、平滑用コンデンサ４
の正・負極端から凸字状に折曲され一対の正極電源供給
導体５、負極電源供給導体６間に、対向した全域にわた
って高誘電率の絶縁部材１１を挟持させ、半導体モジュ
ール７の正・負極端に一括して接続されている。

【０００５】次に動作について説明する。図８におい
て、正極電源供給端子１に直流が供給されると、平滑コ
ンデンサ４により直流が平滑され、この直流エネルギー
は、正極電源供給導体５、負極電源供給導体６を介して
半導体モジュール７に供給される。半導体モジュール７
は供給された直流エネルギーを、スイッチングすること
により交流エネルギーに変換し、交流出力端子２より交
流が出力される。

【０００６】ここで、正極電源供給導体５と負極電源供
給導体６との間に配置された絶縁部材１１は、半導体モ
ジュール７に内蔵されたスイッチング素子９、１０がス
イッチングする際に、正極電源供給導体５と負極電源供
給導体６との配線インダクタンスによる急峻なスパイク
電圧の発生を抑制する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換装置は
以上のように構成されているので、、配置上接続導体
５、６が長くなることにより、半導体モジュール７のス
イッチング時のスパイク電圧抑制が困難になり、しか
も、接続導体５、６の対向区間全長にわたって高価な高
誘電率の絶縁部材１１を使用しなければならず。また、
接続導体５、６の曲げ加工が複雑であるなどの問題点が
あった。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、半導体モジュールと平滑用コン
デンサとの接続距離を短くすることにより、スイッチン
グ時のスパイク電圧を低下させるとともに、高価な絶縁
部材の長さを縮小することができ、接続導体の加工が容
易な電力変換装置を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
わる電力変換装置は、相互の端子部の極性が対応するよ
うに上下に対向して配置された半導体モジュールおよび
平滑用コンデンサ、一端が端子部に固着されるとともに
他端が同一極性同士で接触する少なくとも二対の接続導
体、極性の異なる上記接続導体間に挟持され高誘電率を
有する絶縁部材を備えたものである。

【００１０】また、この発明の請求項２に係わる電力変
換装置は、請求項１において、接続導体は端子部と固着
される側の端部に接続部材が挟持される方向に、相互に
接触される側の端部に上下方向にそれぞれ所定の幅と長
さの切欠きが形成されたものである。

【００１１】また、この発明の請求項３に係わる電力変
換装置は、相互の端子部の極性が対応するように上下に
対向して併置された複数対の半導体モジュールおよび平
滑用コンデンサ、一端が一対の半導体モジュールおよび
平滑用コンデンサの端子部に固着されるとともに他端が
同一極性同士で並置方向に所定の幅を介して接触する少
なくとも二対の接続導体、極性の異なる接続導体間に挟
持され高誘電率を有する絶縁部材、並置方向に延在し絶
縁部材と極性の異なる接続導体間にそれぞれ挟持される
補助導体を備えたものである。

【００１２】また、この発明の請求項４に係わる電力変
換装置は、請求項３において、補助導体と絶縁部材とは
接着剤で固着されたものである。

【００１３】また、この発明の請求項５に係わる電力変
換装置は、請求項１ないし３のいずれかにおいて、接続
導体は複数の薄板が積層されたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施例を図について説
明する。図１はこの発明の実施の形態１による電力変換
装置の一対分を示す正面図、図２は図１中の接続導体の
構成を示す詳細図、図３は図１中の絶縁部材の構成を示
す斜視図である。各図において、１２は端子部を上にし
て配置された平滑用コンデンサ、１３は正極端子、１４
は負極端子、１５はスイッチ素子が２個パッケージされ
たＩＧＢＴの半導体モジュールで、端子部が平滑用コン
デンサ１２と同極が対向するように上部に配置されてい
る。１６は正極端子、１７は負極端子、１８は半導体モ
ジュール１５と固着された放熱フイン等の冷却器であ
る。

【００１５】１９〜２２は、それぞれ図２に示すように
一端が他端より短く折り曲げて形成された接続導体、２
３はそれぞれの接続導体１９〜２２の端子部と固着され
る一端側の端部に相互に対向する方向に所定の幅と長さ
で形成された切欠き、２４はそれぞれの接続導体１９〜
２２の相互に接続される側の端部に上下方向に所定の幅
と長さで形成された複数の切欠きである。そして、接続
導体１９と２０はそれぞれの平滑用コンデンサ１２の端
子１３、１４に、接続導体２１と２２は半導体モジュー
ル１５の端子１６、１７に、それぞれ一端の切欠き２３
が固着されることにより、半導体パッケージ１５側の極
性の異なる接続導体２１、２２は所定の間隔を形成し、
平滑用コンデンサ１２側の接続導体１９、２０は接続導
体２１、２２の外側と同極同士が接触している。

【００１６】２５は極性の異なる接続導体２１、２２間
に挟持され所定の幅と長さに形成された高誘電率を有す
る絶縁部材、２６、２７はそれぞれ接続導体１９、２０
の外側に配置され所定の幅と長さを有する絶縁部材であ
る。そして、各絶縁部材２５〜２７には、図３に示すよ
うに、それぞれ間隔をあけて所定の径を有する穴２８と
ねじ穴２９とが、一方および他方から取付ねじ３０によ
って締め付け可能に設けられている。３１は外径が各接
続導体１９〜２２および絶縁部材２５〜２７を貫通して
配置された絶縁スリーブである。そして、図１に断面で
示すように、絶縁スリーブ３１に挿入された取付ねじ３
０を外側に配置された絶縁部材２６または２７に締め付
けることによって、平滑用コンデンサ１２と半導体パッ
ケージ１５との同極同士が、それぞれ一対の接続導体１
９，２１および２０，２２で接続される。

【００１７】以上のようにこの発明の実施の形態１によ
れば、平滑用コンデンサ１２と半導体モジュール１５と
を上下に配置して配線距離を縮小するように構成したこ
とにより、電位の異なる接続導体２１、２２間に発生す
るインダクタンスを減少させ、スパイク電圧の発生を抑
制することが可能となり、また、高価な絶縁部材２５の
使用量を減少することが可能となる。さらに、複数の接
続導体１９〜２２は、端部に形成された切欠き２３、２
４を各端子部１３、１４、１５、１６に取付けるように
したので調整が容易となり、しかも同一形状のものを用
いることができるので、加工を容易に行うことが可能と
なる。

【００１８】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２による電力変換装置の複数対の構成を示す正面図、
図５は図４の電力変換装置の側面図、図６は図４中の接
続導体の構成図、図７は図４中の相間接続導体および絶
縁部材の構成図である。各図において、１２は平滑用コ
ンデンサ、１３は正極端子、１４は負極端子、１５は半
導体モジュール、１６は正極端子、１７は負極端子、１
８は冷却フイン、３０は取付ねじ、３１は絶縁スリーブ
で、それぞれ実施の形態１を示す図１のものと同様であ
る。

【００１９】３２は一端側が平滑用コンデンサ１２の正
極端子１３に取り付けられた接続導体、３３は一端が負
極端子１４に取り付けられた接続導体、３４は一端が半
導体モジュール１５の正極端子１６に取り付けられた接
続導体、３５は一端が負極端子１７に取り付けられた接
続導体である。この接続導体３２〜３５には図６に示す
ように、端子部と固着される一端側の端部には相互に対
向する方向に所定の幅と長さを有する切欠き３６が、ま
た、相互に接続される側の端部には上下方向にそれぞれ
所定の幅と長さを有する切欠き３７がそれぞれ形成され
ている。

【００２０】３８は極性の異なる接続導体３４、３５間
に挟持された高誘電率を有する絶縁部材、３９は絶縁部
材３８の両側に配置され絶縁部材３８と接続導体３４お
よび３５とで挟持された補助導体で、図７に示すように
所定の間隔をあけて複数の穴４０が形成されている。４
１は接続導体３２の外側に配置された絶縁部材で、中心
部に絶縁スリーブ３１が挿入される。４２は接続導体３
３の外側に配置された絶縁部材で、中心部が取付ねじ３
０で締め付け可能にされ、取付ねじ３０で締め付けるこ
とにより、同極同士が一対の接続導体３２，３４および
３３，３５げ接続され、極性の異なる接続導体３４、３
５間が絶縁部材３８で絶縁され、補助導体３９、３９に
よって半導体モジュール１５と平滑用コンデンサ１２と
の複数対が接続される。

【００２１】以上のように実施の形態２によれば、平滑
用コンデンサ１２と半導体モジュール１５とを上下方向
に配置して接続距離を縮小し、各対を補助導体３９で接
続するようように構成したので、主回路導体のインダク
タンスを減少し、スパイク電圧を抑制することが可能に
なるとともに、高価な絶縁部材３８の使用量を減少する
ことができ、複数対の接続を容易に行うことが可能とな
る。

【００２２】実施の形態３．上記実施の形態２において
は、絶縁部材３８を両面から補助導体３９、３９で挟ん
で、極性の異なる接続導体３４、３５間に支持し、絶縁
スリーブ３１を挿通させて締め付けたが、図７に示すよ
うに、絶縁部材３８と補助導体３９、３９とを接着剤で
一体に固着すると、組立てをさらに容易に行うことが可
能となる。

【００２３】実施の形態４．上記実施の形態１および２
においては、平滑用コンデンサ１２と半導体モジュール
１５を接続する接続導体３２，３３，３４，３５はそれ
ぞれ一枚板で構成したが、複数の薄板を積層して接続導
体を構成しても、上記各実施の形態と同様の効果を得る
ことは勿論、接続導体が可橈性を備えることにより、圧
接時の接触抵抗の低減や高周波電流による発熱の低減、
半導体モジュールに不具合が発生したときの機械的破損
に対する衝撃を吸収可能にする等の効果を得ることがで
きる。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、相互の端子部の極性が対応するように上下に対向し
て配置された半導体モジュールおよび平滑用コンデン
サ、一端が端子部に固着されるとともに他端が同一極性
同士で接触する少なくとも二対の接続導体、極性の異な
る接続導体間に挟持され高誘電率を有する絶縁部材を備
えた構成としたので、インダクタンスを減少しスパイク
電圧の発生を抑制することが可能で、高価な絶縁部材の
使用量を低減するとともに、接続導体の加工が容易な電
力変換装置を提供することができる。

【００２５】また、この発明の請求項２によれば、請求
項１において、接続導体は端子部と固着される側の端部
に絶縁部材が挟持される方向に、相互に接続される側の
端部に上下方向にそれぞれ所定の幅と長さの切欠きが形
成された構成としたので、接続導体の取付け調整が容易
な電力変換装置を提供することが可能となる。

【００２６】また、この発明の請求項３によれば、相互
の端子部が対応するように上下に対向して並置された複
数対の半導体モジュールおよび平滑用コンデンサ、一端
が一対の半導体モジュールおよび平滑用コンデンサの端
子部に固着されるとともに他端が同一極性同士で並置方
向に所定の幅を介して接触する少なくとも二対の接続導
体、極性の異なる接続導体間に挟持され高誘電率を有す
る絶縁部材、並置方向に延在し絶縁部材と極性の異なる
接続導体間にそれぞれ挟持される補助導体を備えた構成
としたので、インダクタンスを減少しスパイク電圧の発
生を抑制するこが可能で、しかも高価な絶縁部材の使用
量を低減するとともに、接続導体の加工が容易となり、
複数対の接続が容易な電力変換装置を提供することがで
きる。

【００２７】また、この発明の請求項４によれば、請求
項３において、相間接続導体と絶縁部材とは接着剤で固
着した構成としたので、組立てを容易に行うことが可能
な電力変換装置を提供することができる。

【００２８】また、この発明の請求項５によれば、請求
項１ないし３のいずれかにおいて、接続導体は複数の薄
板が積層された構成としたので、半導体モジュールに不
具合が発生したときの機械的破損に対する衝撃を吸収可
能な電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による電力変換装置
の一相分の構成を示す正面図である。

【図２】 図１の電力変換装置中の接続導体を示す構成
図である。

【図３】 図１の電力変換装置中の絶縁部材を示す構成
図である。

【図４】 この発明の実施の形態２による電力変換装置
の複数相の構成を示す正面図である。

【図５】 図４の電力変換装置の側面図である。

【図６】 図４の電力変換装置中の接続導体を示す構成
図である。

【図７】 図４の電力変換装置中の補助導体および絶縁
部材を示す構成図である。

【図８】 電力変換装置を示す回路図である。

【図９】 従来の電力変換装置の一相分の構成を示す正
面図である。

【符号の説明】

１２ 平滑用コンデンサ、１３ 正極端子、１４ 負極
端子、１５ 半導体モジュール、１６ 正極端子、１７
負極端子、１９，２０，２１，２２ 接続導体、２５
絶縁部材。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互の端子部の極性が対応するように上
   下に対向して配置された半導体モジュールと平滑用コン
   デンサ、一端が上記端子部に固着されるとともに他端が
   同一極性同士で接触する少なくとも二対の接続導体、極
   性の異なる上記接続導体間に挾持され高誘電率を有する
   絶縁部材を備えたことを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 接続導体は端子部と固着される側の端部
   に絶縁部材が挾持される方向に、相互に接触される側の
   端部に上下方向にそれぞれ所定の幅と長さの切欠きが形
   成されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換
   装置。
3. 【請求項３】 相互の端子部の極性が対応するように上
   下に対向して併置された複数対の半導体モジュールおよ
   び平滑用コンデンサ、一端が一対の上記半導体モジュー
   ルおよび平滑用コンデンサも端子部に固着されるととも
   に他端が同一極性同士で上記並置方向に所定の幅を介し
   て接触する少なくとも二対の接続導体、極性の異なる上
   記接続導体間に挾持された高誘電率を有する絶縁部材、
   並置方向に延在し上記絶縁部材と極性の異なる接続導体
   間にそれぞれ挟持される補助導体を備えたことを特徴と
   する電力変換装置。
4. 【請求項４】 補助導体と絶縁部材とは接着剤で固着さ
   れていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装
   置。
5. 【請求項５】 接続導体は複数の薄板を積層して形成さ
   れていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
   に記載の電力変換装置。