KR101546993B1 - 전력 변환 장치 - Google Patents

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도시오 나가오
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가부시키가이샤 야스카와덴키
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Abstract

실시형태에 관한 전력 변환 장치는, 반도체 스위치를 갖는 스위칭 회로와, 직류 전원과 상기 스위칭 회로의 사이에 접속되는 주 회로 콘덴서를 구비한다. 주 회로 콘덴서는, 케이스내에, 콘덴서 소자와, 직류 전원과 콘덴서 소자와를 접속하는 제 1 배선 부재와, 콘덴서 소자와 스위칭 회로를 접속하는 제 2 배선 부재를 갖는다.

Description

전력 변환 장치{POWER CONVERSION APPARATUS}
개시의 실시형태는 스위칭 회로에 의해 전력 변환을 행하는 전력 변환 장치에 관한 것이다.
종래에, IGBT 등의 반도체 스위치를 갖는 스위칭 회로에 의해 전력 변환을 행하는 전력 변환 장치가 알려져 있다. 예를 들면, 이러한 전력 변환 장치로서, 스위칭 회로에 의해 직류 전압을 교류 전압으로 변환해서 출력하는 전압형 인버터가 알려져 있다.
이러한 전력 변환 장치에 있어서는, 직류 전원과 스위칭 회로와의 사이에, 전압을 평활하는 평활 콘덴서가 마련되어 있다(예를 들면, 일본 공개 특허 제 2007-221892 호 공보 참조). 이 평활 콘덴서는, 주 회로 콘덴서라고 불리며, 부스 바에 의해 스위칭 회로에 접속된다.
그러나, 주 회로 콘덴서와 스위칭 회로를 접속하는 부스 바에는, 예를 들면 고주파 리플 전류 등이 흐르고, 표피 효과에 의해 발열한다. 또한, 부스 바의 길이가 길면, 고주파 영역에 있어서 임피던스를 무시할 수 없게 되고, 스위칭 회로의 스위칭시에 서지 전압을 발생시키는 요인으로도 된다.
따라서, 주 회로 콘덴서와 스위칭 회로를 접속하는 부스 바의 길이는 짧은 것이 바람직하다.
여기에서, 개시의 기술은, 상기의 사정을 감안하여 이뤄진 것이며, 주 회로 콘덴서와 스위칭 회로의 접속 거리를 짧게 하는 것을 목적으로 한다.
본원의 개시하는 전력 변환 장치는, 하나의 태양에 있어서, 반도체 스위치를 갖는 스위칭 회로와, 직류 전원과 상기 스위칭 회로와의 사이에 접속되는 주 회로 콘덴서를 구비한다. 상기 주 회로 콘덴서는, 케이스내에, 콘덴서 소자와, 상기 직류 전원과 상기 스위칭 회로를 접속하는 제 1 배선 부재와, 상기 콘덴서 소자와 상기 스위칭 회로를 접속하는 제 2 배선 부재를 갖는다.
본원의 개시하는 전력 변환 장치의 하나의 태양에 따르면, 주 회로 콘덴서와 스위칭 회로와의 접속 거리를 짧게 할 수 있다고 하는 효과를 달성한다.
도 1은 실시예 1에 관한 전력 변환 장치의 회로 구성을 도시하는 도면,
도 2는 실시예 1에 관한 주 회로 콘덴서의 내부 배선의 관계를 설명하기 위한 도면,
도 3은 실시예 1에 관한 전력 변환 장치의 외관을 도시하는 사시도,
도 4a는 실시예 1에 관한 주 회로 콘덴서의 분해 사시도,
도 4b는 실시예 1에 관한 주 회로 콘덴서의 케이스의 내부를 도시하는 투과 설명도,
도 4c는 도 4b의 A-A선 단면도,
도 5a는 실시예 2에 관한 주 회로 콘덴서의 분해 사시도,
도 5b는 실시예 2에 관한 주 회로 콘덴서의 케이스의 내부를 도시하는 투과 설명도,
도 5c는 도 5b의 B-B선 단면도,
도 6은 실시예 3에 관한 전력 변환 장치의 외관을 도시하는 사시도,
도 7은 실시예 4에 관한 전력 변환 장치의 외관을 도시하는 사시도,
도 8a는 실시예 4에 관한 주 회로 콘덴서의 분해 사시도,
도 8b는 실시예 4에 관한 주 회로 콘덴서의 케이스의 내부를 도시하는 투과 설명도,
도 8c는 도 8b의 C-C선 단면도.
이하, 첨부 도면을 참조하고, 본원의 개시하는 전력 변환 장치의 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 도시하는 실시예에 있어서 예시로 본 발명이 한정되는 것이 아니다.
[실시예 1]
우선, 실시예 1에 관한 전력 변환 장치의 회로 구성에 대해서 도 1을 이용해서 설명한다. 도 1은 실시예 1에 관한 전력 변환 장치의 회로 구성을 도시하는 도면이다.
도 1에 도시하는 전력 변환 장치(1)는, 직류 전원(2)으로부터 입력 단자인 제 1 접속부(101, 102)에 입력되는 직류 전압을 3상의 교류 전압으로 변환하고, 이러한 3상의 교류 전압을 출력 단자대(40)에 마련된 출력 단자로부터 3상 모터(M)에 출력하는 인버터부(20)를 구비한다. 또한, 제 1 접속부(101)는 직류 전원(2)의 부(負)측에 접속되고, 제 1 접속부(102)는 직류 전원(2)의 정(正)측에 접속된다.
인버터부(20)는 직렬 접속된 한쌍의 반도체 스위치를 갖는 스위칭 소자부(20a~20c)를 구비한 스위칭 회로이다. 각 스위칭 소자부(20a~20c)는 제어 장치(3)로부터 커넥터(22)에 입력되는 구동 신호에 근거해서 제어된다. 또한, 각 스위칭 소자부(20a~20c)를 구성하는 반도체 스위치로서, 예를 들면, IGBT나 MOSFET 등의 파워 반도체 소자를 이용할 수 있다. 또한, 각 반도체 스위치에 대하여, 환류 다이오드가 접속된다.
또한, 인버터부(20)와 출력 단자대(40)와의 사이에는, 각 스위칭 소자부(20a~20c)로부터 3상 모터(M)에 흐르는 전류의 전류값을 검출하는 전류 검출기(30)가 마련된다. 제어 장치(3)는, 이러한 전류 검출기(30)에 의한 검출 결과 등에 따른 구동 신호를 커넥터(22)에 입력한다.
또한, 전력 변환 장치(1)에는, 직류 전원(2)과 인버터부(20)와의 사이에, 전압을 평활하는 주 회로 콘덴서(10)가 마련된다. 이러한 주 회로 콘덴서(10)는 복수의 콘덴서 소자를 포함해서 구성되고, 예를 들면 고주파 리플 등을 평활 할 수 있는 정전 용량을 갖는다. 또한, 주 회로 콘덴서(10)를 하나의 콘덴서 소자에서 구성하도록 해도 좋다.
여기에서, 주 회로 콘덴서(10)의 구성에 대해서 도 2를 참조해서 설명한다. 도 2는 주 회로 콘덴서(10)의 내부 배선의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 주 회로 콘덴서(10)는 복수의 콘덴서 소자(121, 121,···)와, 제 1 배선 부재(13, 14)와, 제 2 배선 부재(15, 16)를 구비한다. 제 1 배선 부재(13, 14)는 제 1 접속부(101, 102) 및 제 2 접속부(103, 104)를 거쳐서 직류 전원(2)과 스위칭 소자부(20a~20c)를 접속하는 배선 부재이다. 또한, 제 2 배선 부재(15, 16)는 제 2 접속부(103, 104)를 거쳐서 콘덴서 소자(121, 121,···)와 스위칭 소자부(20a~20c)를 접속하는 배선 부재이다.
그리고, 후술하는 바와 같이, 제 1 배선 부재(13, 14)와 제 2 배선 부재(15, 16)를, 주 회로 콘덴서(10)의 케이스내에 배치함으로써, 주 회로 콘덴서(10)와 스위칭 소자부(20a~20c)와의 배선 거리를 짧게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 주로 직류 성분이 흐르는 경로인 제 1 배선 부재(13, 14)와 주로 교류 성분이 흐르는 경로인 제 2 배선 부재(15, 16)를 후술과 같이 별개 부재로 함으로써, 전류에 의한 발열을 분산시키는 것이 가능하다. 이것에 의해, 배선 부재의 발열에 의한 스위칭 소자부(20a~20c)에의 영향을 억제할 수 있다.
이하, 우선, 도 3을 참조해서 전력 변환 장치(1)의 전체 구조를 설명한 후, 주 회로 콘덴서(10)의 구체적인 구조를 설명한다. 도 3은 실시예 1에 관한 전력 변환 장치(1)의 외관을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 3에서는, 주 회로 콘덴서(10)의 내부에 배치되는 콘덴서 소자(121)를 점선에 의해 도시하고 있다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시예 1에 관한 전력 변환 장치(1)는, 평탄한 베이스(51)의 하방으로 복수의 냉각 핀(fin)(52)이 형성된 히트 싱크(50)를 갖고 있다. 또한, 전력 변환 장치(1)는, 히트 싱크(50)의 베이스(51) 상면에, 주 회로 콘덴서(10), 인버터부(20), 전류 검출기(30) 및 출력 단자대(40)를 장착할 수 있다.
인버터부(20)는, 프린트 배선 기판(21)을 갖고 있고, 이 프린트 배선 기판(21)에 구동 신호의 수수를 행하는 커넥터(22)를 장착할 수 있다. 또한, 프린트 배선 기판(21)의 이면에 장착된 반도체 스위치는, 히트 싱크(50)의 베이스(51) 상면에 당접되어 있고, 히트 싱크(50)에 의해 냉각된다.
또한, 인버터부(20)에는, DC 입력 단자부(24)와 AC 출력 단자부(23)가 마련된다. DC 입력 단자부(24)에는 주 회로 콘덴서(10)가 접속되고, AC 출력 단자부(23)에는 전류 검출기(30)를 거쳐서 출력 단자대(40)의 출력 단자가 접속된다.
주 회로 콘덴서(10)는 인버터부(20)와의 대향면이 개구된 상자형상의 케이스(17)를 갖고 있다. 그리고, 이러한 케이스(17)내에, 상술한 콘덴서 소자(121, 121,···), 제 1 배선 부재(13, 14) 및 제 2 배선 부재(15, 16)가 배치된다. 제 1 접속부(101, 102) 및 제 2 접속부(103, 104)의 일부는 케이스(17)의 상기 개구로부터 돌출하고 있다.
제 2 접속부(103, 104)는, 인버터부(20)의 각 스위칭 소자부(20a~20c)와의 접속부이며, DC 입력 단자부(24)의 각 입력 단자에 대하여 직접 접속된다. 따라서, 주 회로 콘덴서(10)와 각 스위칭 소자부(20a~20c)와의 접속 거리를 짧게 할 수 있다.
이하, 각 스위칭 소자부(20a~20c)와의 접속 거리를 짧게 할 수 있는 주 회로 콘덴서(10)의 내부 구조에 대해서, 도 4a~도 4c를 참조해서 더욱 구체적으로 설명한다. 도 4a는 실시예 1에 관한 주 회로 콘덴서(10)의 분해 사시도이다. 또한, 이하에 있어서, X축 방향을 상하 방향으로 하고, Y축 방향을 좌우 방향으로 하고, Z축 방향을 전후 방향으로서 정의하지만, 설명의 편의상의 것이며 한정되는 것이 아니다.
도 4a에 도시하는 바와 같이, 주 회로 콘덴서(10)의 케이스(17)에는, 내부에 복수의 부재가 적층된 구조체가 수납된다. 구체적으로는, 케이스(17)에는 제 1 배선 부재(13)와, 절연 부재(19a)와, 제 2 배선 부재(16)와, 콘덴서 소자부(12)와, 제 2 배선 부재(15)와, 절연 부재(19b)와, 제 1 배선 부재(14)가 순차 적층된 구조체가 수납된다.
또한, 제 1 배선 부재(14)와 제 2 배선 부재(16)는 직류 전원(2)의 정측의 전압이 인가되고, 제 1 배선 부재(13)와 제 2 배선 부재(15)는 직류 전원(2)의 부측의 전압이 인가된다. 여기에서, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 이하에 있어서, 「부측의 제 1 배선 부재(13)」, 「정측의 제 1 배선 부재(14)」, 「부측의 제 2 배선 부재(15)」, 「정측의 제 2 배선 부재(16)」으로 부르는 것이 있다.
콘덴서 소자부(12)는 복수의 콘덴서 소자(121, 121,···)를 갖고 있다. 각 콘덴서 소자(121)의 정극 및 부극은 상하에 배치되고, 복수의 콘덴서 소자(121, 121,···)가 좌우로 인접하도록 배치된다. 또한, 여기에서는, 도면으로 볼 때에 있어서, 각 콘덴서 소자(121)의 상면측에 부극이 있고, 각 콘덴서 소자(121)의 하면측에 정극이 있는 것으로 한다.
각 콘덴서 소자(121)의 정극은 정측의 제 2 배선 부재(16)의 상면에 납땜 등에 의해 접합된다. 각 콘덴서 소자(121)의 부극은, 부측의 제 2 배선 부재(15)의 하면에 납땜 등에 의해 접합된다. 제 2 배선 부재(15, 16)는, 예를 들면 구리의 부스 바 등의 전기 전도성을 구비한 박판형상의 부재이며, 전후 좌우 방향에 있어서 콘덴서 소자부(12)의 상면과 동일 정도의 크기를 갖고 있다.
부측의 제 2 배선 부재(15)의 일단에는, 측면에서 볼 때 L자형상으로 형성된 3개의 제 2 접속편(151, 151, 151)이 좌우 방향에 간격을 두고서 마련된다. 또한, 마찬가지로, 정측의 제 2 배선 부재(16)의 일단에는, 측면에서 볼 때 L자형상으로 형성된 3개의 제 2 접속편(161, 161, 161)이 좌우 방향에 간격을 두고서 마련된다.
이들 6개의 제 2 접속편(151, 151, 151, 161, 161, 161)은, 제 2 배선 부재(15, 16)가 케이스(17)에 수납되었을 때, 케이스(17)의 개구로부터 선단이 돌출하도록 형성된다.
정측의 제 2 배선 부재(16)의 하면에는, 절연 부재(19a)를 거쳐서 부측의 제 1 배선 부재(13)가 적층된다. 부측의 제 2 배선 부재(15)의 상면에는, 절연 부재(19b)를 거쳐서 정측의 제 1 배선 부재(14)가 적층된다. 절연 부재(19a, 19b)는 비전기 전도성을 구비한 판 또는 필름 형상의 부재이다.
절연 부재(19a)에 의해, 서로 극성이 다른 정측의 제 2 배선 부재(16) 및 부측의 제 1 배선 부재(13)가 전기적으로 절연된다. 또한, 절연 부재(19b)에 의해, 서로 극성이 다른 부측의 제 2 배선 부재(15) 및 정측의 제 1 배선 부재(14)가 전기적으로 절연된다.
제 1 배선 부재(13, 14)는, 예를 들면 구리의 부스 바 등의 전기 전도성을 구비한 박판형상의 부재이며, 전후 좌우 방향에 있어서 콘덴서 소자부(12)의 상면과 동일한 정도의 크기를 갖고 있다. 부측의 제 1 배선 부재(13)의 일단에는, 측면에서 볼 때 L자형상으로 형성된 하나의 제 1 접속부(101)와 3개의 제 2 접속편(131, 131, 131)이 좌우 방향에 간격을 두고서 마련된다. 또한, 정측의 제 1 배선 부재(14)의 일단에는, 측면에서 볼 때 L자형상으로 형성된 하나의 제 1 접속부(102)와 3개의 제 2 접속편(141, 141, 141)이 좌우 방향에 간격을 두고서 마련된다.
이와 같이 부측의 제 1 배선 부재(13)의 일단에 마련된 각 제 2 접속편(131, 131, 131)은, 부측의 제 2 배선 부재(15)의 일단에 마련된 각 제 2 접속편(151, 151, 151)과 중첩되는 위치에 마련된다. 또한, 정측의 제 1 배선 부재(14)의 일단에 마련된 각 제 2 접속편(141, 141, 141)은 정측의 제 2 배선 부재(16)의 일단에 마련된 각 제 2 접속편(161, 161, 161)과 중첩되는 위치에 마련된다.
그리고, 각 제 2 접속편(131, 131, 131)과 각 제 2 접속편(151, 151, 151)에 의해 제 2 접속부(103, 103, 103)(도 3 참조)가 형성된다. 각 제 2 접속편(141, 141, 141)과 각 제 2 접속편(161, 161, 161)에 의해 제 2 접속부(104, 104, 104)(도 3 참조)가 형성된다. 또한, 제 2 접속부(103, 103, 103)와 제 2 접속부(104, 104, 104)는 접촉하지 않도록 간격을 두고서 마련된다.
이와 같이, 부측의 제 1 배선 부재(13)와, 절연 부재(19a)와, 정측의 제 2 배선 부재(16)와, 콘덴서 소자부(12)와, 부측의 제 2 배선 부재(15)와, 절연 부재(19b)와, 정측의 제 1 배선 부재(14)가 적층되어서, 제 2 접속부(103, 103, 103, 104, 104, 104)가 형성된다. 제 2 접속부(103, 103, 103, 104, 104, 104)는, 주 회로 콘덴서(10)와, 스위칭 소자부(20a~20c)의 접속부와, 직류 전원(2)과 스위칭 소자부(20a~20c)의 접속부가 하나로 통합된 접속부이다. 그 때문에, 전력 변환 장치(1)의 소형화 및 조립 작업성의 개선을 도모할 수 있다.
도 4b는 주 회로 콘덴서(10)의 케이스(17)의 내부를 도시하는 투과 설명도이다. 도 4c는 도 4b의 A-A선 단면도이다. 도 4b 및 도 4c에 도시하는 바와 같이, 주 회로 콘덴서(10)는 부측의 제 1 배선 부재(13), 절연 부재(19a), 정측의 제 2 배선 부재(16), 콘덴서 소자부(12), 부측의 제 2 배선 부재(15), 절연 부재(19b), 정측의 제 1 배선 부재(14)가 적층되어서 짜여져 있는 구조체를 갖고, 이러한 구조체가 케이스(17)내에 배치된다.
즉, 직류 전원(2)과 스위칭 소자부(20a~20c)를 접속하는 제 1 배선 부재(13, 14)와, 콘덴서 소자부(12)와 스위칭 소자부(20a~20c)를 접속하는 제 2 배선 부재(15, 16)가 케이스(17)내에 배치된다. 그리고, 스위칭 소자부(20a~20c)와의 접속에 필요한 6개의 제 2 접속부(103, 103, 103, 104, 104, 104)가 케이스(17)의 개구측에 배치된다. 따라서, 주 회로 콘덴서(10)와 스위칭 소자부(20a~20c)와의 배선 거리를 짧게 할 수 있다. 그 결과, 주 회로 콘덴서(10)와 스위칭 소자부(20a~20c)와의 접속부인 제 2 접속부(103, 103, 103, 104, 104, 104)에 있어서 발열량이나 임피던스를 저감할 수 있다.
즉, 주 회로 콘덴서(10)와 스위칭 소자부(20a~20c)를 접속하는 배선에는, 스위칭 소자부(20a~20c)의 동작에 의해 캐리어 주파수 성분의 고주파 리플 전류가 흐르고, 표피 효과에 의해 발열한다. 이러한 발열의 양이 클 경우, 주변 회로인 주 회로 콘덴서(10)나 스위칭 소자부(20a~20c)에 대하여 영향을 줄 우려가 있다. 또한, 주 회로 콘덴서(10)와 스위칭 소자부(20a~20c)와의 사이에 고주파 리플 전류가 흐를 경우, 배선 부분의 길이가 길어짐에 따라서 배선 부분의 임피던스를 무시할 수 없게 되고, 스위칭 소자부(20a~20c)의 스위칭 때에 서지 전압이 발생할 우려도 있다.
이것에 대하여, 전력 변환 장치(1)에서는, 제 2 접속부(103, 103, 103, 104, 104, 104)에 의해 콘덴서 소자(121)와 스위칭 소자부(20a~20c)가 접속된다. 주 회로 콘덴서(10)와 스위칭 소자부(20a~20c)와의 사이의 배선 거리는 짧기 때문에, 전력 변환 장치(1)는, 주 회로 콘덴서(10)와 스위칭 소자부(20a~20c)와의 접속 부분에 있어서 서지 전압이나 큰 발열을 억제할 수 있다. 또한, 전력 변환 장치(1)는, 주 회로 콘덴서(10)와 각 스위칭 소자부(20a~20c)와의 접속 거리를 짧게 함으로써, 전력 변환 장치(1)의 경량화 및 원가 저감을 도모할 수 있다.
더구나, 제 1 배선 부재(13, 14)와 제 2 배선 부재(15, 16)를 박판형상의 부재로 형성하고 있고, 절연 부재(19a, 19b)도 박판형상 또는 필름형상의 부재로 형성하고 있다. 따라서, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 주 회로 콘덴서(10)의 상하 방향(X축 방향)의 길이에의 영향이 적고, 대형화하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전력 변환 장치(1)는, 제 1 배선 부재(13, 14), 제 2 배선 부재(15, 16) 및 절연 부재(19a, 19b)의 전후 좌우 방향의 크기를, 콘덴서 소자부(12)의 상하면의 크기와 동일한 정도의 크기로 하고 있다. 이 때문에, 전력 변환 장치(1)는, 예를 들면, 케이스(17)의 전후 방향 및 좌우 방향의 길이에의 영향을 억제할 수 있다.
또한, 전력 변환 장치(1)는, 제 1 배선 부재(13, 14) 및 제 2 배선 부재(15, 16)의 전후 좌우 방향의 크기를, 콘덴서 소자부(12)의 상하면의 크기와 동일한 정도의 크기로 하고 있다. 이것에 의해, 전력 변환 장치(1)는, 제 1 배선 부재(13, 14) 및 제 2 배선 부재(15, 16)의 임피던스를 보다 효과적으로 저감할 수 있다. 그 때문에, 전력 변환 장치(1)는 서지 전압이나 큰 발열을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 전력 변환 장치(1)는, 주로 직류 성분이 흐르는 경로인 제 1 배선 부재(13, 14)와 주로 교류 성분이 흐르는 경로인 제 2 배선 부재(15, 16)를 별개 부재로 의해 형성하고 있다. 이 때문에, 전력 변환 장치(1)는 전류에 의한 발열을 분산되게 할 수 있다. 이것에 의해, 전력 변환 장치(1)는 배선 부재의 발열에 의한 스위칭 소자부(20a~20c)에의 영향을 억제할 수 있다.
[실시예 2]
다음에, 실시예 2에 관한 전력 변환 장치에 대해서 설명한다. 실시예 2에 관한 전력 변환 장치는, 주 회로 콘덴서의 구성만이 실시예 1에 관한 전력 변환 장치(1)와 상이하다. 이 때문에, 이하에서는, 실시예 2에 관한 전력 변환 장치의 주 회로 콘덴서에 대해서 도 5a~도 5c를 참조해서 구체적으로 설명한다.
도 5a는 실시예 2에 관한 주 회로 콘덴서(10a)의 분해 사시도이며, 도 5b는 주 회로 콘덴서(10a)의 케이스(17)의 내부를 도시하는 투과 설명도이며, 도 5c는 도 5b의 B-B선 단면도이다.
도 5a에 도시하는 바와 같이, 실시예 2에 관한 주 회로 콘덴서(10a)는, 정측의 제 1 배선 부재(14a), 정측의 제 2 배선 부재(16a), 콘덴서 소자부(12a), 부측의 제 2 배선 부재(15a), 부측의 제 1 배선 부재(13a)가 적층되어서 짜여질 수 있고, 케이스(17)내에 배치된다.
제 2 배선 부재(15a, 16a)와 도 4a에 도시하는 실시예 1의 제 2 배선 부재(15, 16)는, 각 제 2 접속편(151a, 161a)의 형성 위치가 상이한 이외는 동일한 구성이다. 제 1 배선 부재(13a, 14a) 및 제 2 배선 부재(15a, 16a)는, 도 4a에 도시하는 실시예 1의 제 1 배선 부재(13, 14) 및 제 2 배선 부재(15, 16)와 마찬가지로, 예를 들면 구리의 부스 바 등의 전기 전도성을 구비한 박판형상의 부재이며, 콘덴서 소자부(12a)의 상면과 동일한 정도의 크기를 갖고 있다.
부측의 제 1 배선 부재(13a)는, 도 4a에 도시하는 실시예 1의 제 1 배선 부재(13)의 적층 위치와 반대측에 배치된다. 이 제 1 배선 부재(13a)의 일단에는, 측면에서 볼 때 L자형상으로 형성된 하나의 제 1 접속부(101a)와 3개의 제 2 접속편(131a, 131a, 131a)이 좌우 방향에 간격을 두고서 마련된다. 또한, 정측의 제 1 배선 부재(14a)는, 도 4a에 도시하는 실시예 1의 제 1 배선 부재(14)의 적층 위치와 반대측에 배치된다. 이 제 1 배선 부재(14a)의 일단에는, 측면에서 볼 때 L자형상으로 형성된 하나의 제 1 접속부(102a)와 3개의 제 2 접속편(141a, 141a, 141a)이 좌우 방향에 간격을 두고서 마련된다.
이와 같이 부측의 제 1 배선 부재(13a)의 일단에 마련된 각 제 2 접속편(131a, 131a, 131a)은 부측의 제 2 배선 부재(15a)의 일단에 마련된 각 제 2 접속편(151a, 151a, 151a)과 중첩되는 위치에 마련된다. 또한, 정측의 제 1 배선 부재(14a)의 일단에 마련된 각 제 2 접속편(141a, 141a, 141a)은 정측의 제 2 배선 부재(16a)의 일단에 마련된 각 제 2 접속편(161a, 161a, 161a)과 중첩되는 위치에 마련된다.
그리고, 각 제 2 접속편(131a, 131a, 131a)과 각 제 2 접속편(151a, 151a, 151a)에 의해 제 2 접속부(103a, 103a, 103a)(도 5b 참조)가 형성된다. 각 제 2 접속편(141a, 141a, 141a)과 각 제 2 접속편(161a, 161a, 161a)에 의해 제 2 접속부(104a, 104a, 104a)(도 5b 참조)가 형성된다. 또한, 제 2 접속부(103a, 103a, 103a)와 제 2 접속부(104a, 104a, 104a)는 접촉하지 않도록 간격을 두고서 마련된다.
이와 같이, 실시예 2에 관한 주 회로 콘덴서(10a)는, 실시예 1에 관한 주 회로 콘덴서(10)에 대하여, 정측 및 부측의 제 1 배선 부재의 배치가 상이하다. 즉, 실시예 1에 관한 주 회로 콘덴서(10)에서는, 인가되는 전압의 극성이 다른 제 1 배선 부재와 제 2 배선 부재가 절연 부재를 거쳐서 적층되는 구조이지만, 실시예 2에 관한 주 회로 콘덴서(10a)에서는, 인가되는 전압의 극성이 동일한 제 1 배선 부재와 제 2 배선 부재가 적층된다.
이와 같이 구성하는 것에 의해, 도 5c에 도시하는 바와 같이, 제 1 배선 부재(13a)와 제 2 배선 부재(15a)의 사이, 및 제 1 배선 부재(14a)와 제 2 배선 부재(16a)의 사이에 절연 부재가 불필요로 된다. 따라서, 제조 가격이 저감되고, 또한, 도 4b에 도시하는 주 회로 콘덴서(10)보다도 절연 부재(19a, 19b)의 두께의 분만큼 소형화하는 것이 가능해 진다.
또한, 실시예 2에 관한 전력 변환 장치는, 실시예 1에 관한 전력 변환 장치(1)와 마찬가지로, 주 회로 콘덴서(10)와 스위칭 소자부(20a~20c)의 사이의 배선 거리를 짧게 할 수 있다. 이 때문에, 실시예 2에 관한 전력 변환 장치는, 주 회로 콘덴서(10)와 스위칭 소자부(20a~20c)와의 접속 부분에서의 발열량이나 임피던스를 저감할 수 있다.
[실시예 3]
다음에, 실시예 3에 관한 전력 변환 장치에 대해서 설명한다. 실시예 3에 관한 전력 변환 장치는, 직류 전원(2)의 접속 개소의 구성이 상이한 점을 제외하면, 도 3에 도시한 전력 변환 장치(1)와 동일한 구성이다.
도 6은 실시예 3에 관한 전력 변환 장치(1b)의 외관을 도시하는 사시도이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 전력 변환 장치(1b)에서는, 베이스(51)의 상면에 입력 단자대(71) 및 접속 단자대(73)가 배설된다. 입력 단자대(71)는 출력 단자대(40)에 인접 설치되고, 접속 단자대(73)는 주 회로 콘덴서(10)로부터 돌출한 제 1 접속부(101, 102)와 대향하는 개소에 배설된다.
그래서, 전력 변환 장치(1b)에서는, 입력 단자대(71)와 접속 단자대(73)의 사이에 전기 전도성을 갖는 한쌍의 배선 부재(72, 72)가 가설되고, 배선 부재(72, 72)에 있어서 접속 단자대(73)측의 각 단부와 제 1 접속부(101, 102)가 각각 접속된다.
이것에 의해, 전력 변환 장치(1b)에서는, 배선 부재(72)에 있어서 입력 단자대(71)측의 단부가 직류 전원(2)과의 접속부로 되기 때문에, 교류 전압의 출력부와 직류 전압의 입력부를 인접 설치시킬 수 있다. 따라서, 전력 변환 장치(1b)는, 예를 들면 교류 전압의 출력부와 직류 전압의 입력부에 각각 배선 케이블을 접속할 경우에, 배선 케이블의 배선 처리가 용이해진다. 또한, 전력 변환 장치(1b)는, 교류 전압의 출력부에 추가해서, 직류 전압의 입력부를 베이스(51)의 한변측에 가깝게 배치할 수 있다. 이 때문에, 전력 변환 장치(1b)는, 예를 들면 직류 전압의 입력부에 배선 케이블을 접속할 경우에, 발열 개소인 히트 싱크(50)에 배선 케이블이 접촉하는 것을 회피할 수 있다.
[실시예 4]
다음에, 실시예 4에 관한 전력 변환 장치(1c)에 대해서 설명한다. 도 7은 실시예 4에 관한 전력 변환 장치(1c)의 외관을 도시하는 사시도이다. 또한, 도 7에서는, 주 회로 콘덴서(10c)의 내부에 배치되는 콘덴서 소자(121)를 점선에 의해 도시하고 있다.
전력 변환 장치(1c)는, 주 회로 콘덴서(10c)의 구성 및 히트 싱크(50c)의 사이즈가 도 3에 도시한 전력 변환 장치(1)와 상이하고, 다른 구성에 대해서는 도 3에 도시한 전력 변환 장치(1)와 동일하다. 이 때문에, 이하에서는, 주 회로 콘덴서(10c)의 구성 및 히트 싱크(50c)의 사이즈에 대해서 설명한다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 전력 변환 장치(1c)에서는, 주 회로 콘덴서(10c)의 케이스(17c)의 상면에 한쌍의 입력 단자대(171, 172)가 마련되고, 입력 단자대(171, 172)의 상면에 직류 전원(2)(도 1 참조)과의 접속부인 제 1 접속부(101c, 102c)가 마련된다. 또한, 주 회로 콘덴서(10c)의 내부 구조의 상세에 대해서는, 도 8a 내지 도 8c를 이용해서 후술한다.
이와 같이, 전력 변환 장치(1c)에서는, 케이스(17c)의 상면에 제 1 접속부(101c, 102c)가 마련된다. 따라서, 전력 변환 장치(1c)는, 제 1 접속부(101, 102)를 제 2 접속부(103, 104)의 좌우 방향에 인접시키는 구조(도 3 참조)에 비교해서 주 회로 콘덴서(10c)의 베이스(51c) 상면에 차지하는 스페이스가 축소된다.
이것에 의해, 전력 변환 장치(1c)는, 도 3에 도시하는 베이스(51)보다도 상면의 면적이 작은 베이스(51c)를 구비한 히트 싱크(50c)에 의해 구성할 수 있으므로, 전력 변환 장치(1)에 비교하여, 더욱 소형화할 수 있다.
다음에, 도 8a를 이용해서 주 회로 콘덴서(10c)에 대해서 설명한다. 도 8a는 실시예 4에 관한 주 회로 콘덴서(10c)의 분해 사시도이다. 도 8b는 실시예 4에 관한 주 회로 콘덴서(10c)의 케이스의 내부(17c)를 도시하는 투과 설명도이다. 도 8c는 도 8b에 도시하는 C-C선에 의한 단면도이다.
도 8a에 도시하는 바와 같이, 주 회로 콘덴서(10c)의 케이스(17c)내에는, 복수의 부재가 적층된 구조체가 수납된다. 주 회로 콘덴서(10c)에 있어서 적층 구조는, 실시예 1의 주 회로 콘덴서(10)의 적층 구조와 기본적으로 동일하다. 즉, 케이스(17c)에는, 제 1 배선 부재(13c)와, 절연 부재(19c)와, 제 2 배선 부재(16c)와, 콘덴서 소자부(12c)와, 제 2 배선 부재(15c)와, 절연 부재(19d)와, 제 1 배선 부재(14c)가 적층된 구조체가 수납된다. 절연 부재(19c, 19d)는 절연 부재(19a, 19b)와 마찬가지로 비전기 전도성을 구비한 판 또는 필름형상의 부재이다.
그리고, 주 회로 콘덴서(10c)에서는, 제 1 접속부(101c, 102c)의 선단 부분을 케이스(17c)의 상면에 마련한 입력 단자대(171, 172)에 배치하기 위해서, 다음과 같이, 제 1 접속부(101c, 102c) 및 제 1 배선 부재(13c, 14c)가 형성된다.
제 1 배선 부재(13c)의 일단에는, 하나의 제 1 접속부(101c)와, 3개의 제 2 접속편(131c, 131c, 131c)이 마련된다. 제 1 접속부(101c)는 제 2 접속편(131c, 131c) 사이에 마련되고, 제 1 배선 부재(13c)가 케이스(17c)에 수납되었을 때, 도 8c에 도시하는 바와 같이, 선단 부분이 케이스(17c)의 상면에 위치하도록, 중도부로부터 단면으로 볼 때 대략 J자형상으로 접혀져서 형성된다.
제 1 접속부(101c)는, 도 8c에 도시하는 바와 같이, 제 1 배선 부재(13c)의 일단으로부터 대략 직각으로 연장된 후, 단면으로 볼 때 대략 J자형상으로 접혀져서 형성되어서 선단 부분이 케이스(17c)의 상면에 위치하도록 하고 있다. 따라서, 전력 변환 장치(1c)는 제 1 접속부(101c)중 케이스(17c)의 개구로부터 돌출하는 부분을 절감할 수 있다. 그 결과, 전력 변환 장치(1c)는 주 회로 콘덴서(10c)와 인버터부(20)와의 사이의 스페이스를 넓힐 수 있고, 또한 제 1 접속부(101c)와 다른 부재와의 접촉의 가능성을 저감할 수 있다.
또한, 마찬가지로 제 1 배선 부재(14c)의 일단에는, 하나의 제 1 접속부(102c)와, 3개의 제 2 접속편(141c, 141c, 141c)이 마련된다. 제 1 접속부(102c)는 제 2 접속편(141c, 141c) 사이에 마련되고, 제 1 배선 부재(14c)가 케이스(17c)에 수납되었을 때, 도 8c에 도시하는 바와 같이, 선단 부분이 케이스(17c)의 상면에 위치하도록 단면으로 볼 때 대략 J자형상으로 접혀져서 형성된다. 이와 같이, 제 1 접속부(102c)는 제 2 접속편(141c, 141c) 사이에 마련되기 때문에, 전력 변환 장치(1c)는 제 1 배선 부재(14c)의 좌우 방향의 폭을 작게 할 수 있다.
또한, 제 2 접속편(131c, 131c, 131c)은 제 2 배선 부재(15c)의 일단에 마련된 제 2 접속편(151c, 151c, 151c)과 중첩되는 위치에 마련되고, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 제 2 접속부(103c, 103c, 103c)가 형성된다. 또한, 제 2 접속편(141c, 141c, 141c)은 제 2 배선 부재(16c)의 일단에 마련된 제 2 접속편(161c, 161c, 161c)과 중첩되는 위치에 마련되고, 도 8b에 도시하는 바와 같이, 제 2 접속부(104c, 104c, 104c)가 형성된다.
이와 같이, 제 4 실시예에 관한 주 회로 콘덴서(10c)에서는, 제 1 접속부(101c, 102c)는 제 2 접속부(103c, 104c)의 사이로부터 인출되고, 제 2 접속부(103c, 104c)는 다른 평면상에 배치된다. 이 때문에, 전력 변환 장치(1c)는 제 1 접속부(101c, 102c)와 제 2 접속부(103c, 104c)가 동일 평면상에 일렬에 배치된 도 3에 도시하는 전력 변환 장치(1)에 비해서, 주 회로 콘덴서(10c)의 베이스(51c) 상면에 차지하는 스페이스가 축소되므로, 더욱 소형화할 수 있다.
또한, 여기에서는, 제 1 접속부(101c, 102c)는 케이스(17c)의 개구측인 전면측으로부터 케이스(17c)의 상면으로 인출되어 있지만, 케이스(17c)의 측면측이나 배면측으로부터 케이스(17c)의 상면으로 인출되어도 좋다.
즉, 제 1 접속부(101c, 102c)는 케이스(17c)의 임의인 개소로부터 인출된 경우이라도, 케이스(17c)의 외형에 따라 케이스(17c)의 상면측으로 절곡되는 것에 의해 주 회로 콘덴서(10c)의 베이스(51c) 상면에 차지하는 스페이스가 축소된다.
또한, 실시예 3, 4의 전력 변환 장치에서는, 인가되는 전압의 극성이 다른 제 1 배선 부재와 제 2 배선 부재가 절연 부재를 거쳐서 적층되는 구조의 주 회로 콘덴서의 예를 나타냈지만, 주 회로 콘덴서는 이것에 한정되지 않는다. 다시 말해, 실시예 2에 관한 주 회로 콘덴서(10a)와 마찬가지로, 인가되는 전압의 극성이 동일한 제 1 배선 부재와 제 2 배선 부재가 적층되는 구조를 실시예 3, 4에 적용할 수도 있다.
또한, 실시예 1~4의 전력 변환 장치에서는, 각 콘덴서 소자(121)의 상면측에 부극이 있고, 하면측에 정극이 있는 것으로서 설명했지만, 각 콘덴서 소자(121)의 상면측에 정극이 있고, 하면측에 부극이 있어도 좋다. 이 경우, 제 1 접속부의 극성은 실시예 1~4에 도시한 예와는 반대로 된다. 또한, 각 콘덴서 소자(121)의 상면측과 하면측에 각각 전극을 마련하는 것이라고 했지만, 전극의 위치는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 각 콘덴서 소자(121)의 상면측 및 하면측의 어느 하나에 정극 및 부극을 마련해도 좋고, 이 경우 전극을 마련한 측에 모든 제 1 배선 부재 및 제 2 배선 부재를 적층하는 것에 의해, 제 1 배선 부재 및 제 2 배선 부재를 케이스내에 배치할 수 있다.
또한, 실시예 1~4의 전력 변환 장치에서는, 주 회로 콘덴서의 케이스의 전방측 전체에 개구를 마련했지만, 제 1 접속부 및 제 2 접속부만이 노출하도록, 케이스의 전방측 일부만에 개구를 마련해도 좋다. 또한, 실시예 1~4에서는, 제 1 접속부 및 제 2 접속부를 케이스로부터 돌출시키도록 하고 있지만, 예를 들면 조립 등에 지장이 없을 경우 등에는 돌출시키지 않아도 좋다.
또한, 실시예 1~4의 전력 변환 장치에서는, 제 1 배선 부재 및 제 2 배선 부재의 일 예로서, 구리의 부스 바로 구성되는 예를 설명했지만, 박판형상의 전기 전도 부재이면 좋고, 구리의 부스 바에 한정되는 것이 아니다. 또한, 절연 부재(19a~19d)는 전력 변환 장치의 성능의 범위내에서 절연성을 유지할 수 있는 재료이면 좋다.
또한, 실시예 1~4의 전력 변환 장치에서는, 모든 제 2 접속부를 동일한 방향으로부터 돌출시키도록 했지만, 제 2 접속부의 몇 개를 다른 방향으로부터 돌출시키도록 해도 좋다. 또한, 실시예 1~4의 전력 변환 장치에서는, 스위칭 회로의 일 예로서, 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 인버터부를 예로 들어서 설명했지만, 인버터부 대신에 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터부를 배치하도록 해도 좋다.
또한, 본원의 개시하는 기술은, 직류 전압을 3상 이외의 복상의 교류 전압으로 변환하는 전력 변환 장치에 대하여도 적용할 수 있다. 또한, 본원의 개시하는 기술은 3상 모터 이외의 임의인 부하로 교류 전압을 출력하는 전력 변환 장치에 대하여도 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 각 제 2 접속편이 측면에서 볼 때 L자형상으로 형성되었을 경우에 대해서 설명했지만, 제 2 접속편은 주 회로 콘덴서의 케이스로부터 돌출하는 형상이면 다른 형상으로 형성되어도 좋다.
예를 들면, 제 1 배선 부재에 마련되는 제 2 접속편은 제 1 배선 부재와 동일 평면에 형성되고, 제 2 배선 부재에 마련되는 제 2 접속편은 제 1 배선 부재와 동일 평면에 형성되어도 좋다. 이러한 경우, 대향하는 위치에 형성된 극성이 동일한 제 2 접속편에 의해 인버터부의 각 DC 입력 단자부가 협지되어서 주 회로 콘덴서와 인버터부가 접속된다.
이러한 제 2 접속편이 일단에 마련되는 제 1 배선 부재나 제 2 배선 부재는 제조시에 프레스 가공 등이 필요 없고, 형발에 의해 용이하게 형성된다. 이것에 의해 제조 공정수의 삭감을 도모할 수 있다.
새로운 효과나 변형예는, 당업자에 의해 용이하게 도출될 수 있다. 따라서, 본 발명의 보다 광범위한 태양은 이상과 같이 나타내고 또한 기술한 특정한 상세 및 대표적인 실시예에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 첨부의 특허청구의 범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 총괄적인 발명의 개념의 정신 또는 범위에서 일탈할 일이 없고, 여러가지 변경이 가능하다.
1 : 전력 변환 장치 2 : 직류 전원
3 : 제어 장치 10 : 주 회로 콘덴서
13, 14 : 제 1 배선 부재 15, 16 : 제 2 배선 부재
20 : 인버터부 40 : 출력 단자대
50 : 히트 싱크 101, 102 : 제 1 접속부
103, 104 : 제 2 접속부

Claims (8)

  1. 직렬로 접속된 한 쌍의 반도체 스위치를 각각 갖는 복수의 스위칭 소자부를 포함하는 스위칭 회로와,
    직류 전원과 상기 스위칭 회로 사이에 접속되는 주 회로 콘덴서를 구비하고,
    상기 주 회로 콘덴서는, 케이스 내에,
    콘덴서 소자와,
    상기 직류 전원과 상기 스위칭 회로를 접속하는 제 1 배선 부재와,
    상기 콘덴서 소자와 상기 스위칭 회로를 접속하는 제 2 배선 부재를 가지고,
    상기 제 1 배선 부재 및 상기 제 2 배선 부재에 각각 상기 한 쌍의 반도체 스위치마다의 접속편이 마련되고, 해당 접속편에 의해, 상기 콘덴서 소자 및 상기 직류 전원과 각 상기 한 쌍의 반도체 스위치와의 접속부가 형성되고,
    상기 제 1 배선 부재 및 상기 제 2 배선 부재는, 정전압측 및 부전압측의 각각에 대해서 마련되고,
    상기 정전압측 및 부전압측의 제 1 배선 부재는, 서로 상기 콘덴서 소자를 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되고,
    상기 정전압측 및 부전압측의 제 2 배선 부재는, 서로 상기 콘덴서 소자를 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되고,
    상기 제 1 배선 부재와 상기 제 2 배선 부재가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는
    전력 변환 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    절연 부재를 거쳐서 극성이 상이한 상기 제 1 배선 부재와 상기 제 2 배선 부재가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는
    전력 변환 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    극성이 동일한 상기 제 1 배선 부재와 상기 제 2 배선 부재가 적층되어 있는 것을 특징으로 하는
    전력 변환 장치.
  5. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    극성이 동일한 상기 제 1 배선 부재 및 상기 제 2 배선 부재에 각각 마련된 상기 접속편끼리가 적층되어서 상기 스위칭 회로와 접속된 것을 특징으로 하는
    전력 변환 장치.
  6. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 직류 전원에 접속되는 단자대가 상기 케이스 상부에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는
    전력 변환 장치.
  7. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위칭 회로에 의해 변환되는 교류 전압을 출력하는 출력 단자대를 구비하고,
    상기 직류 전원에 접속되는 단자대가 상기 출력 단자대에 인접해서 마련된 것을 특징으로 하는
    전력 변환 장치.
  8. 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 스위칭 수단과,
    직류 전원과 상기 스위칭 수단 사이에 마련되어, 전압을 평활하는 평활 수단과,
    상기 직류 전원과 상기 스위칭 수단을 접속하는 제 1 접속 수단과,
    상기 평활 수단과 상기 스위칭 수단을 접속하는 제 2 접속 수단과,
    상기 평활 수단, 상기 제 1 접속 수단 및 상기 제 2 접속 수단을 수용하는 수용 수단을 가지고,
    상기 스위칭 수단은, 직렬로 접속된 한 쌍의 반도체 스위치를 각각 갖는 복수의 스위칭 소자부를 포함하고,
    상기 제 1 접속 수단 및 상기 제 2 접속 수단에 각각 상기 한 쌍의 반도체 스위치마다의 접속편이 마련되고, 해당 접속편에 의해, 상기 평활 수단 및 상기 직류 전원과 각 상기 한 쌍의 반도체 스위치와의 접속부가 형성되고,
    상기 제 1 접속 수단 및 상기 제 2 접속 수단은, 정전압측 및 부전압측의 각각에 대해서 마련되고,
    상기 정전압측 및 부전압측의 제 1 접속 수단은, 서로 상기 평활 수단을 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되고,
    상기 정전압측 및 부전압측의 제 2 접속 수단은, 서로 상기 평활 수단을 사이에 두고 대향하는 위치에 배치되고,
    상기 제 1 접속 수단과 상기 제 2 접속 수단이 적층되어 있는 것을 특징으로 하는
    전력 변환 장치.
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