WO2014115292A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power conversion device including a capacitor and a switching element.
- a smoothing capacitor such as an aluminum electrolytic capacitor or a film capacitor is usually provided inside an inverter (inverter panel) or an inverter unit constituting the inverter according to a voltage class. Yes.
- a snubber capacitor may be provided.
- the power conversion device is an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as “IGBT” as appropriate).
- IGBT insulated gate bipolar transistor
- a switching module including these switching elements and a smoothing capacitor are installed separately, and are electrically connected by a bus bar.
- Inverters such as high-voltage inverters normally cool heat generated by switching losses generated in the IGBT, and therefore switching devices such as IGBTs are provided with cooling devices such as cooling fins and water cooling mechanisms.
- the condenser and cooling fins occupy most of the volume. Although it depends on the configuration of the power converter, the ratio of the installation area is about 40% for capacitors and about 30% for cooling fins.
- the volume of the cooling fin is determined by the amount of heat generated by the switching element.
- a large influence factor on the amount of heat generated by the switching element is the inductance of the bus bar between the capacitor and the switching element.
- An object of the present invention is to reduce inductance caused by a bus bar and improve conversion efficiency in a power conversion device including a capacitor and a switching element, and to make the power conversion device compact.
- the power conversion device of the present invention includes a laminated film capacitor, a switching element, and a bus bar connecting the laminated film capacitor and the switching element, and the bus bar connected to the end face of the laminated film capacitor is in relation to the upper surface of the switching element.
- the multilayer film capacitor is installed on the upper surface of the switching element so as to extend in the vertical direction.
- a pair of positive and negative bus bars are connected to the same end face of the multilayer film capacitor, and a positive and negative connected to the end faces are provided on the back surfaces of the pair of positive and negative bus bars connected to the end faces.
- Bus bars having different polarities, which are electrically connected to the pair of bus bars, are arranged with a gap therebetween.
- a pair of positive and negative bus bars are connected to the same end face of the laminated film capacitor, and a pair of positive and negative bus bars are also connected to the opposite end face.
- the present invention it is possible to reduce the inductance caused by the bus bar. As a result, the conversion efficiency can be improved and the power converter can be downsized.
- Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.
- the smoothing capacitor is composed of a laminated film capacitor, and the laminated film capacitor and the switching element are integrated with each other by installing the laminated film capacitor on the upper surface of the switching element.
- the bus bar connected to the end face of the multilayer film capacitor is laminated, and the bus bar is disposed so as to face both ends of the multilayer film capacitor.
- FIG. 1 is a conceptual diagram schematically showing a power converter unit (inverter unit) according to Embodiment 1 of the present invention.
- the power converter unit includes a laminated film capacitor 1, a switching element 8 such as an IGBT, bus bars 7a and 7b, a cooling device 9 such as a cooling fin, and a housing 10 that houses these devices. It is composed of The housing 10 is shown by a dotted line in order to illustrate the inside. An insulating plate (not shown) that insulates the housing 10 from the switching element 8 is provided between the housing 10 and the cooling device 9.
- the switching element 8 has a structure sandwiched between the cooling device 9 and the laminated film capacitor 1.
- the laminated film capacitor 1 is configured by alternately laminating a plurality of dielectric films 2 and flat-plate internal electrodes 3a and 3b having different polarities.
- the internal electrodes 3a and 3b are formed by depositing aluminum, zinc, copper or a mixture thereof on the dielectric film 2.
- the dielectric film 2 having the internal electrodes 3a and 3b deposited thereon is referred to as a capacitor dielectric layer.
- FIG. 2 is a schematic diagram of a capacitor dielectric layer having one polarity
- FIG. 3 is a schematic diagram of a capacitor dielectric layer having the other polarity.
- an internal electrode 3 a is deposited on the dielectric film 2.
- the internal electrode 3 a is provided with internal electrode lead portions 30 a on both sides in the longitudinal direction of the dielectric film 2 for electrical connection with a bus bar 7 a described later.
- the internal electrode lead portions 30a on both sides are formed so that the lead positions do not overlap in the longitudinal direction.
- the capacitor dielectric layer of the other polarity is formed by depositing an internal electrode 3b on the dielectric film 2 as shown in FIG.
- the internal electrode lead-out portions 30b for electrical connection with the bus bar 7b are provided on both sides of the dielectric film 2 in the longitudinal direction.
- the internal electrode lead portions 30b on both sides are formed so that the lead positions do not overlap in the longitudinal direction.
- the internal electrode lead-out portion 30b is disposed so as not to overlap the internal electrode lead-out portion 30a of the capacitor dielectric layer of one polarity in the stacking direction of the capacitor dielectric layer when the capacitor dielectric layer is stacked.
- the dielectric film 2 for example, a dielectric film containing polyvinylidene fluoride is used (for example, a high energy film manufactured by Daikin Industries, Ltd.).
- polypropylene is mainly applied as a laminated film capacitor for high-voltage inverters.
- the laminated film capacitor is installed on the upper surface of the switching element. For this reason, it is important to use a material having a high energy density as the dielectric film to reduce the volume of the capacitor. From such a viewpoint, it is preferable to use a dielectric film having an energy density that is three times or more that of polypropylene.
- the stored energy of the dielectric film containing polyvinylidene fluoride is equivalent to five times the stored energy of the polypropylene dielectric film. Therefore, by using a dielectric film containing polyvinylidene fluoride, the volume can be reduced by about 80% compared to a conventional capacitor. Thereby, since the capacitor is smaller than the installation area of the switching element, it is easy to integrate the switching element and the capacitor by installing the capacitor on the upper surface of the switching element.
- the dielectric film 2 is, for example, several ⁇ m, and the internal electrodes 3a, 3b are, for example, several nm.
- the capacitor dielectric layer in which the internal electrode is deposited on the dielectric film is laminated according to the amount of energy stored, for example, 100 layers or more (about 10,000 to 100,000 layers).
- the bus bars 7a and 7b are attached to the end face of the laminated film capacitor 1, and are electrically connected to the internal electrodes 3a and 3b via the internal electrode lead portions 30a and 30b, respectively.
- the electrical connection between the bus bars 7a, 7b and the internal electrode lead-out portions 30a, 30b is performed by, for example, stacking directions of the multi-layer film capacitors on the end faces of the multi-layer film capacitors corresponding to the arrangement positions of the internal electrode lead-out portions 30a, 30b.
- Each of the electrodes is formed by extending each of the electrodes, and the bus bars 7a and 7b are connected to the respective metallicon electrodes by soldering or the like.
- the bus bars 7a and 7b are made of, for example, copper or aluminum.
- FIG. 4 shows the configuration of the bus bars 7a and 7b in the present embodiment.
- the bus bars 7 a and 7 b are formed with notches extending from the opposite direction in the same direction as the laminated direction of the laminated film capacitor 1.
- bent portions that are bent in the opposite directions are formed in the portions where the notches of the bus bars 7a and 7b are not formed.
- an insulator 4 is disposed between the bus bar connected to the end surface and the bus bar disposed on the back surface of the bus bar connected to the end surface as needed.
- the insulator 4 has a notch substantially the same as the notch of the bus bar 7a or the bus bar 7b.
- the bus bars 7a and 7b are laminated in substantially the entire range.
- the inductance of the bus bars up to the terminals (not shown) of the switching element 8 can be reduced.
- the bus bars on both sides are configured with the same bending direction and the parts can be shared. However, depending on the position of the internal electrode lead-out portion, the bent portions of the bus bars on both sides are bent. The direction is changed.
- a pair of positive and negative bus bars 7a and 7b are connected to the same end face of the laminated film capacitor 1, and another pair of positive and negative bus bars 7a and 7b are connected to the opposite end face of the laminated film capacitor.
- both the positive and negative poles are formed on a certain end face, and the positive and negative poles are also formed on the opposite end face.
- the laminated film capacitor 1 is installed on the surface of the switching element 8, and the switching element 8 and the laminated film capacitor 1 are integrated so as not to move relative to each other.
- the multilayer film capacitor 1 is installed on the upper surface of the switching element 8 so that the bus bars 7 a and 7 b connected to the end surface of the multilayer film capacitor 1 extend in the vertical direction with respect to the upper surface of the switching element 8.
- the laminated film capacitor 1 is installed on the upper surface of the switching element 8 so that the extending direction of the laminated film capacitor 1 is substantially parallel to the extending direction of the switching element 8.
- the plate-like internal electrode of the multilayer film capacitor 1 is substantially parallel to the surface of the switching element.
- the bus bars 7a and 7b are electrically connected to terminals (not shown) of the switching element 8.
- the multilayer film capacitor 1 is installed on the upper surface of the switching element 8 so that the bus bars 7a and 7b connected to the end face of the multilayer film capacitor 1 extend in the vertical direction with respect to the upper surface of the switching element 8.
- the length of the bus bar connecting the capacitor 1 and the switching element 8 is almost eliminated. Therefore, the bus bar inductance can be reduced.
- the inductance caused by the bus bar can be greatly reduced. Therefore, the conversion efficiency of the power conversion device can be improved.
- the cooling device can be reduced in size, and in combination with the integration of the laminated film capacitor and the switching element, the power conversion device can be reduced in size (reduction in installation area).
- Example 2 of the present invention will be described with reference to FIGS.
- the basic structure is the same as that of the first embodiment, and the description of the overlapping parts is omitted.
- a pair of positive and negative bus bars 7a and 7b connected to the end face of the multilayer film capacitor 1 is formed on only one end face as shown in FIGS.
- the rest is the same as that of the first embodiment, including the configuration of the bus bars 7a and 7b shown in FIG.
- the basic structure is the same as that of the first embodiment, and the description of the overlapping parts is omitted.
- a pair of positive and negative bus bars 7a and 7b connected to the end face of the multilayer film capacitor 1 are formed on the four end faces of the multilayer film capacitor 1, as shown in FIGS.
- the rest is the same as that of the first embodiment, including the configuration of the bus bars 7a and 7b shown in FIG.
- the structure of the present embodiment has a structure having positive and negative bus bar electrodes on all four end faces, and is a structure excellent in reducing current imbalance.
- FIG. 11 shows a power conversion device (power conversion system) which is a power device in which a plurality of power conversion device units (inverter units) according to the first to third embodiments described above are installed.
- FIG. 11 schematically shows the internal structure of the inverter panel as a specific example of the power converter. Note that the outer wall of the inverter panel 991 is usually a metal casing and is impermeable, and the internal structure cannot be observed from the outside. However, in FIG. 11, the internal structure is visualized for convenience of explanation. .
- the inverter panel 991 includes the inverter unit 300 according to the first to third embodiments described above in the unit chamber 992. Further, the inverter panel 991 includes a fan 993, a ventilation duct 994, a main circuit chamber 995, and a control unit 996.
- the metal casing of the inverter panel 991 is made of, for example, stainless steel or iron.
- the unit chamber 992 is provided with the inverter unit 300 so that it can be inserted and removed.
- the number of inverter units 30 housed in the unit chamber 992 is three, but the number of inverter units 30 housed is appropriately changed.
- the unit chamber 992 is provided with an opening (not shown) that communicates with the ventilation duct 994 in order to send wind into the inverter unit 300.
- the air in the ventilation duct 994 is sent into the inverter unit 300 through the opening.
- a DC bus bar, control wiring, and the like are provided inside the unit chamber 992.
- the fan 993 sends air to the inverter unit 300 through the ventilation duct 994.
- the fan 993 also sends air into the main circuit chamber 995.
- the specific configuration of the fan 993 is not particularly limited, and the number and installation locations of the fans 993 provided in the inverter panel 991 are appropriately changed.
- the fans 993 are not installed for each inverter unit 300, but are installed together on the top of the inverter panel 991. Thereby, simplification and space saving of the apparatus can be achieved.
- the ventilation duct 994 serves as a ventilation path for blowing the air taken in by the fan 993 to each inverter unit 300.
- the main circuit chamber 995 and the control unit 996 are provided with various power sources, control wirings, and the like (not shown), respectively, so that each inverter unit 300 is driven.
- Electric power is supplied to the bus bar of the inverter unit 300 from a power supply source such as a control unit 996 provided in the inverter panel 991. Electric power is supplied to the laminated film capacitor (smoothing capacitor) of the inverter unit 300 through the bus bar, and electric charges are accumulated. Switching of the switching element (IGBT) of the inverter unit 300 is performed by the accumulated electric charge.
- a power supply source such as a control unit 996 provided in the inverter panel 991.
- Electric power is supplied to the laminated film capacitor (smoothing capacitor) of the inverter unit 300 through the bus bar, and electric charges are accumulated. Switching of the switching element (IGBT) of the inverter unit 300 is performed by the accumulated electric charge.
- IGBT switching element
- the inverter panel is configured using the inverter unit having a reduced installation area and improved conversion efficiency, the inverter panel can be downsized and the conversion efficiency can be improved.
- this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
- the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
- a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
- all of the plate-like internal electrodes are rectangular, but for example, the shape of the plate-like internal electrodes may be any shape such as a circle, an ellipse, a triangle, a pentagon or more polygon.
- capacitors capable of rapidly supplying electric energy to electric circuits are used in a wide variety of electric power devices such as inverters, circuit breakers, transformers, and high voltage power supplies.
- the switching element and the capacitor are integrated to reduce the size and the efficiency of the power conversion device.
- the laminated structure of the bus bar is also effective as a single capacitor.
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Abstract
コンデンサとスイッチング素子を備えた電力変換装置において、バスバに起因するインダクタンスを低減し、変換効率を向上すると共に、電力変換装置の小型化を可能とする。 本発明の電力変換装置は、積層フィルムコンデンサと、スイッチング素子と、積層フィルムコンデンサとスイッチング素子を接続するバスバを備え、積層フィルムコンデンサの端面に接続されたバスバが、スイッチング素子の上面に対して鉛直方向に延伸するように、積層フィルムコンデンサがスイッチング素子の上面に設置されている。好ましくは、正負一対のバスバが積層フィルムコンデンサの同じ端面に接続され、端面に接続された正負一対のバスバのそれぞれの背面には、端面に接続された正負一対のバスバにそれぞれ電気的に接続された極性が異なるバスバが間隙をおいて配置されている。
Description
本発明は、コンデンサとスイッチング素子を備えた電力変換装置に関する。
電力変換装置、例えば、高圧インバータにおいては、通常は、インバータ（インバータ盤）や該インバータを構成するインバータユニットの内部に、電圧階級に応じてアルミ電解コンデンサやフィルムコンデンサ等の平滑コンデンサが備えられている。また、スナバコンデンサが備えられていることもある。
また、電力変換装置は、従来、例えば、特開2008-295227号公報（特許文献１）に記載のように、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor；以下、適宜「ＩＧＢＴ」と言う。）等のスイッチング素子を含むスイッチングモジュールと、平滑コンデンサが別々に据え付けられ、その間をバスバで電気的に接続するようにしている。
高圧インバータ等のインバータは、通常、ＩＧＢＴで発生したスイッチング損失による発熱を冷却するため、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子には、冷却フィンや水冷機構などの冷却装置が備え付けられる。
電力変換装置の単位構成において、その体積はコンデンサと冷却フィンが大部分を占める。電力変換装置の構成にも寄るが、その据付面積の比率はコンデンサが４割、冷却フィンが３割程度である。
ここで、冷却フィンの体積はスイッチング素子の発熱量で決まる。そのスイッチング素子の発熱量に与える影響因子として大きいのが、コンデンサとスイッチング素子間のバスバのインダクタンスである。
特許文献１に記載の電力変換装置では、コンデンサとスイッチング素子が別々に据え付けられており、その間にバスバが渡っているため、バスバの短縮化には限界がある。そのため、インダクタンスを小さくすることにも限界があり、そして、損失を小さくすることにも限界がある。また、正負のバスバが重なり合わない領域が必然的に生じるため、このような観点からもインダクタンスの低減と損失の低減には限界がある。また、これらの結果、従来の電力変換装置では、発熱量を小さくすることが難しく、冷却フィンの体積を小さくするのが困難であり、電力変換装置の小型化（特に据付面積の低減）が困難である。
本発明の目的は、コンデンサとスイッチング素子を備えた電力変換装置において、バスバに起因するインダクタンスを低減し、変換効率を向上すると共に、電力変換装置の小型化を可能とすることにある。
本発明の電力変換装置は、積層フィルムコンデンサと、スイッチング素子と、積層フィルムコンデンサとスイッチング素子を接続するバスバとを備え、積層フィルムコンデンサの端面に接続されたバスバが、スイッチング素子の上面に対して鉛直方向に延伸するように、積層フィルムコンデンサがスイッチング素子の上面に設置されていることを特徴とする。
さらに、本発明の電力変換装置は、好ましくは、正負一対のバスバが積層フィルムコンデンサの同じ端面に接続され、端面に接続された正負一対のバスバのそれぞれの背面には、端面に接続された正負一対のバスバにそれぞれ電気的に接続された極性が異なるバスバが間隙をおいて配置されている。
さらに、本発明の電力変換装置は、好ましくは、正負一対のバスバが、積層フィルムコンデンサの同じ端面に接続され、さらに、反対側の端面にも正負一対のバスバが接続されている。
本発明によれば、バスバに起因するインダクタンスを低減することが可能となり、その結果、変換効率を向上すると共に、電力変換装置の小型化することが可能になる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。
図１～図４を用いて、本発明の実施例１を説明する。
本実施例で説明する電力変換装置（電力変換装置ユニット）は、平滑コンデンサを積層フィルムコンデンサで構成し、積層フィルムコンデンサをスイッチング素子の上面に設置して積層フィルムコンデンサとスイッチング素子を一体構造にするとともに、積層フィルムコンデンサの端面に接続したバスバをラミネート化し、さらに、バスバを積層フィルムコンデンサの両端にそれぞれ対向するように配置したものである。
図１は、本発明の実施例１に係る電力変換装置ユニット（インバータユニット）を模式的に示した概念図である。電力変換装置ユニットは、図１に示すように、積層フィルムコンデンサ１と、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子８と、バスバ７ａ，７ｂと、冷却フィンなどの冷却装置９と、これらのデバイスを収容する筺体１０から構成されている。なお、筺体１０は、内部を図示するために点線で図示している。また、筺体１０と冷却装置９との間には筺体１０とスイッチング素子８とを絶縁する絶縁板（図示省略）が設けられている。スイッチング素子８は、冷却装置９と積層フィルムコンデンサ１の間に挟まれた構造となっている。
積層フィルムコンデンサ１は、誘電体フィルム２と、極性が異なる平板状の内部電極３ａ，３ｂを交互に複数積層して構成される。内部電極３ａ，３ｂは、誘電体フィルム２にアルミニウムや亜鉛、銅またはそれらの混合物を蒸着させて形成される。以下の説明では、誘電体フィルム２に内部電極３ａ，３ｂを蒸着させたものを、コンデンサ誘電体層と呼ぶ。
図２に一方の極性のコンデンサ誘電体層の模式図を、図３に他方の極性のコンデンサ誘電体層の模式図をそれぞれ示す。
図２に示すように、誘電体フィルム２の上に内部電極３ａが蒸着されている。内部電極３ａには、後述するバスバ７ａとの電気的接続を行うために内部電極引出部３０ａが誘電体フィルム２の長手方向の両側に設けられている。両側の内部電極引出部３０ａは、引き出し位置が長手方向に重ならないように形成されている。
他方の極性のコンデンサ誘電体層は、一方の極性のコンデンサ誘電体層と同様に、図３に示すように、誘電体フィルム２の上に内部電極３ｂが蒸着され、内部電極３ｂには、後述するバスバ７ｂとの電気的接続を行うための内部電極引出部３０ｂが誘電体フィルム２の長手方向の両側に設けられている。また、両側の内部電極引出部３０ｂは、引き出し位置が長手方向に重ならないように形成されている。そして、内部電極引出部３０ｂは、コンデンサ誘電体層が積層されたときに、コンデンサ誘電体層の積層方向において、一方の極性のコンデンサ誘電体層の内部電極引出部３０ａと重なり合わないように配置されている。このように内部電極引出部を配置することにより、積層フィルムコンデンサ１の同じ端面に、正負一対のバスバに接続する一対の正負電極を形成することができる。
誘電体フィルム２として、例えば、ポリフッ化ビニリデンを含む誘電体フィルムが用いられる（例えば、ダイキン工業（株）製の高エネルギーフィルムが挙げられる。）。現在、高圧インバータ用の積層フィルムコンデンサとして、ポリプロピレンが主に適用されている。本発明では、積層フィルムコンデンサをスイッチング素子の上面に設置するようにしている。このため、エネルギー密度が高い材料を誘電体フィルムとして用い、コンデンサの体積を小さくすることが重要である。このような観点から、エネルギー密度がポリプロピレン比３倍以上の誘電体フィルムを用いることが好ましい。ポリフッ化ビニリデンを含む誘電体フィルムの蓄積エネルギーは、ポリプロピレンの誘電体フィルムの蓄電エネルギーの５倍に相当する。従って、ポリフッ化ビニリデンを含む誘電体フィルムを用いることによって、従来のコンデンサに比べ体積を約８０％低減することが可能となる。これにより、コンデンサがスイッチング素子の据付面積より小さくなるため、スイッチング素子の上面にコンデンサを設置して、スイッチング素子とコンデンサを一体化することが容易となる。
誘電体フィルム２は、例えば、数μｍであり、内部電極３ａ，３ｂは、例えば、数ｎｍである。誘電体フィルムに内部電極を蒸着させたコンデンサ誘電体層は、蓄電するエネルギー量に応じて積層され、例えば、１００層以上（１００００～１０００００層程度）積層される。
バスバ７ａ，７ｂは、積層フィルムコンデンサ１の端面に取り付けられ、内部電極引出部３０ａ，３０ｂを介して内部電極３ａ，３ｂにそれぞれ電気的に接続される。バスバ７ａ，７ｂと内部電極引出部３０ａ，３０ｂの電気的接続は、例えば、内部電極引出部３０ａ，３０ｂの配置位置に対応する積層フィルムコンデンサの端面に、メタリコンなどにより、積層フィルムコンデンサの積層方向に延伸する電極をそれぞれ形成し、それぞれのメタリコン電極にバスババスバ７ａ，７ｂをはんだ付けなどで接続することにより行う。バスバ７ａ，７ｂは、例えば、銅やアルミニウムで構成される。
図４に本実施例におけるバスバ７ａ，７ｂの構成を示す。図４に示すように、バスバ７ａ，７ｂには、積層フィルムコンデンサ１の積層方向と同じ方向に延伸する切り欠き部が反対方向から形成されている。バスバ７ａ，７ｂの切り欠きが形成されていない箇所には、断面Ａ－Ａ，断面Ｂ－Ｂに示すように、反対方向に曲げた曲げ部がそれぞれ形成されている。切り欠き部を介してバスバ７ａ，７ｂを交差させて配置することにより、端面に接続された正負一対のバスバ７ａ，７ｂのそれぞれの背面に、端面に接続された正負一対のバスバにそれぞれ電気的に接続された極性が異なるバスバが間隙をおいて配置されるようになる。なお、端面に接続されたバスバと、端面に接続されたバスバの背面に配置されたバスバの間には、図２及び図３に示すように、必要に応じて絶縁体４が配置される。絶縁体４には、バスバ７ａまたはバスバ７ｂの切り欠きと略同じ切り欠きが形成されている。
このように配置することにより、本実施例では、バスバ７ａ，７ｂが実質的に全範囲においてラミネート化されている。このように正負のバスバをラミネート化して配置することにより、スイッチング素子８の端子（図示省略）までのバスバのインダクタンスを低減することができる。なお、本実施例では、両側のバスバは同じ曲げ方向のバスバで構成されており、部品の共通化が図れているが、内部電極引出部の配置位置に応じて両側のバスバの曲げ部の曲げ方向が変更される。
また、本実施例では、積層フィルムコンデンサ１の同じ端面に、正負一対のバスバ７ａ，７ｂが接続され、さらに、積層フィルムコンデンサの反対側の端面にも別の正負一対のバスバ７ａ，７ｂが接続されている。従来の積層フィルムコンデンサの構造では、同じ端面には、正もしくは負の単一極性しか形成されていない。本実施例では、正負の両極を、ある端面に形成すると共に、その反対側の端面にも正負の両極を形成している。このように積層フィルムコンデンサの両側の端面に正負の両極を形成することによりコンデンサの信頼性を向上することができる。
すなわち、正負一対のバスバを一つの端面にのみ設けた場合、コンデンサ放電時において電流がバスバ近傍の電極に集中するため発熱が大きくなり劣化しやすくなる。発熱が大きくなり劣化した場合には、保安機能が発動することで、コンデンサとしての容量を減じる可能性がある。本実施例では、反対側の端面にも同様に正負の両極を設けることで、電流の集中を分担することが可能となる。これにより信頼性を向上することが可能となり、また、容量の低減を抑制することができる。
また、本実施例では、スイッチング素子８の表面に積層フィルムコンデンサ１を設置して、スイッチング素子８と積層フィルムコンデンサ１とが相対移動しないように一体化している。積層フィルムコンデンサ１のスイッチング素子８の上面への設置は、積層フィルムコンデンサ１の端面に接続されたバスバ７ａ，７ｂが、スイッチング素子８の上面に対して鉛直方向に延伸するように行われる。また、積層フィルムコンデンサ１の延伸方向がスイッチング素子８の延伸方向と実質的に平行となるように、積層フィルムコンデンサ１がスイッチング素子８の上面に設置されている。また、積層フィルムコンデンサ１の板状の内部電極がスイッチング素子の面と実質的に平行になっている。そして、バスバ７ａ，７ｂは、スイッチング素子８の端子（図示省略）と電気的に接続される。
積層フィルムコンデンサ１の端面に接続されたバスバ７ａ，７ｂが、スイッチング素子８の上面に対して鉛直方向に延伸するように、積層フィルムコンデンサ１をスイッチング素子８の上面に設置することにより、積層フィルムコンデンサ１とスイッチング素子８を接続するバスバの長さが殆どなくなる。従って、バスバのインダクタンスを低減できる。そして、積層フィルムコンデンサ１の端面に接続するバスバを上述のようにラミネート化することによって、バスバに起因するインダクタンスを大幅に低減することが可能となる。従って、電力変換装置の変換効率を向上することができる。また、発熱も小さくなるので、冷却装置を小型化することができ、積層フィルムコンデンサとスイッチング素子の一体化と相まって、電力変換装置の小型化（据付面積の低減）が可能となる。
図５～図７を用いて、本発明の実施例２を説明する。
基本的な構造は、実施例１と同じであり、重複する部分についての説明は省略する。本実施例では、積層フィルムコンデンサ１の端面に接続する正負一対のバスバ７ａ，７ｂを、図５～図７に示すように、一つの端面にのみ形成している。その他は、図４に示したバスバ７ａ，７ｂの構成を含めて、実施例１と同様である。
上述したように、一つの端面からバスバに接続する構成では、電極のバスバ側に電流が集中し劣化してしまう。但し、電流が大きくない場合には、正負対のバスバが一つだけでよいため、本実施例では、コスト面や実装性において有利となる。
図８～図１１を用いて、本発明の実施例３を説明する。
基本的な構造は、実施例１と同じであり、重複する部分についての説明は省略する。本実施例では、積層フィルムコンデンサ１の端面に接続する正負一対のバスバ７ａ，７ｂを、図８～図１０に示すように、積層フィルムコンデンサ１の４つの端面に形成している。その他は、図４に示したバスバ７ａ，７ｂの構成を含めて、実施例１と同様である。
本実施例の構造では、四つの端面全てに正負対のバスバ電極を有した構造となっており、電流アンバランス低減に非常に優れた構造となる。
図１１に、上述した実施例１～３の電力変換装置ユニット（インバータユニット）を複数設置した電力機器である電力変換装置（電力変換システム）を示す。図１１は、電力変換装置の具体例として、インバータ盤の内部構造を模式的に示すものである。なお、インバータ盤９９１の外壁は通常は金属筐体であるため不透過性を有しており、内部構造は外部から観察できないが、図１１においては説明の便宜上内部構造を可視化して示している。
インバータ盤９９１は、上述した実施例１～３のインバータユニット３００を、ユニット室９９２内に備える。さらに、インバータ盤９９１は、ファン９９３と、通風ダクト９９４と、主回路室９９５と、制御部９９６を備える。インバータ盤９９１の金属筐体は、例えばステンレス、鉄等で構成される。
ユニット室９９２は、インバータユニット３００が挿抜可能に備えられるものである。図１１において、ユニット室９９２に収納されるインバータユニット３０の数を３つにしているが、収納されるインバータユニット３０の数は適宜変更される。ユニット室９９２には、インバータユニット３００内に風を送り込むために、通風ダクト９９４と連通する開口部（図示省略）が設けられている。そして、開口部を通じ、通風ダクト９９４内の空気がインバータユニット３００内に送り込まれるようになっている。さらに、ユニット室９９２の内部には、直流バスバ及び制御配線等（図示省略）が設けられている。
ファン９９３は、通風ダクト９９４を介してインバータユニット３００に風を送り込むものである。また、ファン９９３は、主回路室９９５にも空気を送り込むようになっている。ファン９９３の具体的な構成は特に制限されず、また、インバータ盤９９１に設けられるファン９９３の数や設置場所も適宜変更される。本実施例では、インバータユニット３００毎にファン９９３を設置せずに、インバータ盤９９１の上部にまとめて設置している。これにより、装置の簡略化及び省スペース化を図ることができる。
通風ダクト９９４はファン９９３にて取り込まれた空気を各インバータユニット３００に送風するための通風路となるものである。また、主回路室９９５及び制御部９９６には、それぞれ各種電源及び制御配線等（図示省略）が設けられ、これらにより、各インバータユニット３００を駆動するようになっている。
インバータユニット３００のバスバには、インバータ盤９９１に設けられている制御部９９６等の電力供給源から電力が供給される。インバータユニット３００の積層フィルムコンデンサ（平滑コンデンサ）にはバスバを介して電力が供給され、電荷を蓄積する。蓄積された電荷によって、インバータユニット３００のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）のスイッチングを行うようになっている。
本実施例によれば、据付面積を低減、変換効率を向上したインバータユニットを用いてインバータ盤を構成しているので、インバータ盤の小型化、変換効率の向上が可能となる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加，削除，置換をすることが可能である。
例えば、平板状の内部電極はいずれも矩形状としているが、例えば、平板状内部電極の形状は、円形、楕円形、三角形、五角形以上の多角形など、どのような形状であってもよい。
また、電気回路に急速に電気エネルギーを供給することができるコンデンサは、例えば、インバータ、遮断器、変圧器、高圧電源等の多種多様な電力機器に用いられている。本発明では、スイッチング素子とコンデンサを一体化することによって電力変換装置を小型化、効率向上しているが、バスバのラミネート化構造は、コンデンサ単体としても有効である。
１ 積層フィルムコンデンサ，２ 誘電体フィルム，３ａ，３ｂ 内部電極，８ スイッチング素子８，７ａ，７ｂ バスバ，９ 冷却装置，１０ 筺体
Claims (8)
- 積層フィルムコンデンサと、スイッチング素子と、前記スイッチング素子の冷却装置と、前記積層フィルムコンデンサと前記スイッチング素子を接続するバスバとを備え、
前記積層フィルムコンデンサの端面に接続された正負一対のバスバが、前記スイッチング素子の上面に対してそれぞれ鉛直方向に延伸するように、前記積層フィルムコンデンサが前記スイッチング素子の上面に設置されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、
前記積層フィルムコンデンサの延伸方向が前記スイッチング素子の延伸方向と実質的に平行となるように、前記積層フィルムコンデンサが前記スイッチング素子の上面に設置されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項２に記載の電力変換装置において、
前記正負一対のバスバが前記積層フィルムコンデンサの同じ端面に接続され、前記端面に接続された正負一対のバスバのそれぞれの背面には、前記端面に接続された正負一対のバスバに電気的にそれぞれ接続された極性が異なるバスバが間隙をおいて配置されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項３に記載の電力変換装置において、
前記正負一対のバスバとは異なる正負一対のバスバが、前記積層フィルムコンデンサの反対側の端面にも接続されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項４に記載の電力変換装置において、
前記正負一対のバスバ及び前記積層フィルムコンデンサの反対側の端面に接続された正負一対のバスバとは異なる正負一対のバスバが、さらに、前記積層フィルムコンデンサの少なくとも一つの他の端面に接続されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項２に記載の電力変換装置において、
前記正負一対のバスバが、前記積層フィルムコンデンサの同じ端面に接続され、前記正負一対のバスバとは異なる正負一対のバスバが、前記積層フィルムコンデンサの少なくとも一つの他の端面に接続されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項６に記載の電力変換装置において、
複数の前記正負一対のバスバが、前記積層フィルムコンデンサの両側の端面に対向するように接続されていることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１～７の何れかに記載の電力変換装置において、
前記積層フィルムコンデンサの誘電体はポリフッ化ビニリデンを含む誘電体であることを特徴とする電力変換装置。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115062509A (zh) * | 2022-06-13 | 2022-09-16 | 臻驱科技（上海）有限公司 | 一种薄膜电容的损耗计算方法及计算机可读存储介质 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01175217A (ja) * | 1987-12-29 | 1989-07-11 | Onoda Cement Co Ltd | コンデンサ用誘電体薄膜積層体 |
| JP2005064245A (ja) * | 2003-08-12 | 2005-03-10 | Murata Mfg Co Ltd | 積層セラミックコンデンサ及びその短絡検出方法 |
| JP2007006584A (ja) * | 2005-06-22 | 2007-01-11 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
| JP2007014085A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Honda Motor Co Ltd | コンデンサ搭載型インバータユニット |
| JP2007300148A (ja) * | 2007-08-22 | 2007-11-15 | Murata Mfg Co Ltd | 積層コンデンサ |
| JP2011091272A (ja) * | 2009-10-23 | 2011-05-06 | Tdk Corp | 積層型コンデンサ |
| JP2011142266A (ja) * | 2010-01-08 | 2011-07-21 | Nichicon Corp | 金属化フィルムコンデンサおよびそれを用いた電力変換装置 |
| JP2012147596A (ja) * | 2011-01-13 | 2012-08-02 | Aisin Aw Co Ltd | 半導体装置 |
-
2013
- 2013-01-25 WO PCT/JP2013/051537 patent/WO2014115292A1/ja active Application Filing
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01175217A (ja) * | 1987-12-29 | 1989-07-11 | Onoda Cement Co Ltd | コンデンサ用誘電体薄膜積層体 |
| JP2005064245A (ja) * | 2003-08-12 | 2005-03-10 | Murata Mfg Co Ltd | 積層セラミックコンデンサ及びその短絡検出方法 |
| JP2007006584A (ja) * | 2005-06-22 | 2007-01-11 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
| JP2007014085A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Honda Motor Co Ltd | コンデンサ搭載型インバータユニット |
| JP2007300148A (ja) * | 2007-08-22 | 2007-11-15 | Murata Mfg Co Ltd | 積層コンデンサ |
| JP2011091272A (ja) * | 2009-10-23 | 2011-05-06 | Tdk Corp | 積層型コンデンサ |
| JP2011142266A (ja) * | 2010-01-08 | 2011-07-21 | Nichicon Corp | 金属化フィルムコンデンサおよびそれを用いた電力変換装置 |
| JP2012147596A (ja) * | 2011-01-13 | 2012-08-02 | Aisin Aw Co Ltd | 半導体装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115062509A (zh) * | 2022-06-13 | 2022-09-16 | 臻驱科技（上海）有限公司 | 一种薄膜电容的损耗计算方法及计算机可读存储介质 |
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