電力変換装置
【課題】コンデンサ搭載板を使用する電力変換装置において、コンデンサとプリント配線板パターンの間の絶縁性能を高め、かつ配線の低インダクタンス化を実現する。
【解決手段】整流部とインバータ部を接続する直流リンク部を備えた電力変換装置において、前記直流リンク部は、複数のコンデンサ２を直列および並列接続してなる平滑回路を搭載したプリント配線板１を備え、該プリント配線板は、絶縁基板の上面側に前記直流リンク部の負極を構成する負極パターンＮを、また前記絶縁基板の下面側に前記直流リンク部の正極を構成する正極パターンＰおよび該正極パターンに並置され前記直列接続されたコンデンサの中間接続電極を構成する中間電極パターンＣを具備し、前記負極パターンは、前記直列接続されたコンデンサのうち前記直流リンク部の負極側に接続されたコンデンサの投影面にのみに形成した。
【解決手段】整流部とインバータ部を接続する直流リンク部を備えた電力変換装置において、前記直流リンク部は、複数のコンデンサ２を直列および並列接続してなる平滑回路を搭載したプリント配線板１を備え、該プリント配線板は、絶縁基板の上面側に前記直流リンク部の負極を構成する負極パターンＮを、また前記絶縁基板の下面側に前記直流リンク部の正極を構成する正極パターンＰおよび該正極パターンに並置され前記直列接続されたコンデンサの中間接続電極を構成する中間電極パターンＣを具備し、前記負極パターンは、前記直列接続されたコンデンサのうち前記直流リンク部の負極側に接続されたコンデンサの投影面にのみに形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関わり、特に、直流リンク部に配置される平滑コンデンサの実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
整流部とインバータ部を接続する直流リンク部を備えた電力変換装置において、直流リンク部に配置されるコンデンサの実装構造としては、特許文献１，特許文献２が知られている。特許文献１に記載されたサーボアンプ、および特許文献２に記載されたインバータ装置には、プリント基板等の導体板に複数の小型コンデンサを配置することによって配線インピーダンスを小さくし、かつ、装置全体の小型化を実現する手法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１９６６１公報
【特許文献２】特開２００６−１９７７３５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力変換装置の直流リンク部に設置する平滑コンデンサには、電解コンデンサが広く使用される。特に、プリント基板等の導体板に搭載するコンデンサとしては基板自立型のアルミ電解コンデンサが用いられる。ところが、基板自立型のアルミ電解コンデンサはアルミフレームが負極に接続され、負極と同電位になっている場合がある。 アルミ電解コンデンサのフレーム表面には印字用に被覆等が施されているが、この被覆は絶縁を目的としたものではないため、接触などで生じるキズや経年劣化等によりフレーム面が露出する虞がある。
【０００５】
また、プリント基板においても、配線パターンの錆防止用に被覆がなされるが、これも絶縁を目的としたものではなく、前記アルミ電解コンデンサのフレームの被覆と同様に、キズや経年劣化等でフレーム面が露出する虞がある。このため、基板自立型のアルミ電解コンデンサのアルミフレームとプリント基板の配線パターンとの絶縁確保に留意する必要がある。特に、電力変換装置の直流リンク部の電位が高くなる場合は耐電圧の観点からコンデンサを直列接続した構成にするが、一方のコンデンサの正極と他方のコンデンサの負極が接続される形態になるため、それぞれのアルミフレームは異なる電位になる。このような場合には、基板パターンが複雑化する。
【０００６】
このような問題に対して、特許文献１では、導体板の表面を絶縁体で被覆することにより電解コンデンサとの絶縁を図っている。前記絶縁には樹脂等でモールドする方法、絶縁シート等を敷いたりする方法が採用されるが、工数の増加やコストの増加は避けられない。
【０００７】
特許文献２には、プリント配線板に複数のコンデンサを配置した例が記載されている。一般的にコンデンサ搭載のプリント配線板では、パターンを積層させることにより配線インダクタンスを大幅に低下させることができる。しかし、特許文献２にはプリント配線板のパターンと電解コンデンサ間の絶縁処理に関しては触れられていない。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、複数のコンデンサをプリント配線板上に配置したコンデンサ搭載板を使用する電力変換装置において、コンデンサとプリント配線板パターンの間の絶縁性能を高め、かつ配線の低インダクタンス化を実現できる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１０】
各相に挿入したスイッチング素子を開閉して、供給された交流電力を直流電力に変換する整流部、変換された直流電力を各相に挿入されたスイッチング素子を開閉して交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部、および前記整流部とインバータ部を接続する直流リンク部を備えた電力変換装置において、前記直流リンク部は、複数のコンデンサを直列および並列接続してなる平滑回路を搭載したプリント配線板を備え、該プリント配線板は、絶縁基板の上面側に前記直流リンク部の負極を構成する負極パターンを、また前記絶縁基板の下面側に前記直流リンク部の正極を構成する正極パターンおよび該正極パターンに並置され前記直列接続されたコンデンサの中間接続電極を構成する中間電極パターンを具備し、前記負極パターンは、前記直列接続されたコンデンサのうち前記直流リンク部の負極側に接続されたコンデンサの投影面にのみに形成した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上の構成を備えるため、コンデンサとコンデンサを搭載するプリント配線板の間の絶縁性能を高め、かつ配線の低インダクタンス化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置を説明する図である。
【図２】図１の側面図(矢視図)である。
【図３】図１に示すプリント配線板の回路図である。
【図４】図２の一部（点線部分）拡大図である。
【図５】図１に示すプリント配線板のパターンにおける電流分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図１に示す配線導体のパターンにおける電流分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】従来のプリント配線板を説明する図である。
【図８】従来のプリント配線板における配線導体パターンの例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる電力変換装置を説明する図である。図に示すように、コンデンサを搭載したプリント配線板（コンデンサ板）１は、プリント配線板に搭載されたコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８、ＰＷＭ整流器側のスイッチング素子３Ｒ、３Ｓ、３Ｔ、および、インバータ側のスイッチング素子３Ｕ、３Ｖ、３Ｗを備える。
【００１４】
図２は、図１のプリント配線板を矢印（Ａ）方向から見た側面図（矢視図）であり、図に示すように、プリント配線板１とスイッチング素子との間にＰ側配線導体４ＰとＮ側配線導体４Ｎが配置されている。
【００１５】
図３は、図１に示すプリント配線板の回路図であり、整流器側のスイッチング素子３Ｒ、３Ｓ、３Ｔとインバータ側のスイッチング素子３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは、直流リンク部を介して接続しており、直流リンク部の正極側（Ｐ側）はプリント配線板１のＰ極パターンおよびＰ側配線導体４Ｐに接続し、直流リンク部の負極側（Ｎ側）はプリント配線板１のＮ極パターンおよびＮ側配線導体４Ｎに接続している。
【００１６】
なお、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８は、直流リンク部分の電圧値が大きい場合を想定し、コンデンサ２ｐ１とコンデンサ２ｎ１、コンデンサ２ｐ２とコンデンサ２ｎ２、・・・というようにプリント配線板１において正極側と負極側の間を直列接続して耐電圧を確保している。さらに、複数のコンデンサを並列に接続することにより静電容量を確保している（図１の第一実施例は２直列８並列の構成となっている）。また、直列接続したそれぞれのコンデンサの中間点同士は、プリント配線板１の中間点パターン（Ｃ極パターン）に接続している。
【００１７】
このように小型のコンデンサを多数使用して直並列に接続することにより、コンデンサ１個当りの高さ（図１おいて紙面に鉛直方向の長さ）を低減することができる。また、単体の重量を小さくできるため、コンデンサの支持部分を簡素化できる。
【００１８】
整流器側のスイッチング素子３Ｒ、３Ｓ、３Ｔおよびインバータ側のスイッチング素子３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは、図３に示すように１つのデバイス内に２個のスイッチング素子を搭載した、いわゆる２ｉｎ１タイプの素子を使用し、図１に示すようにプリント配線板１の中心に対して線対称に配置している。
【００１９】
２ｉｎ１タイプの素子においては、一般的にコレクタ端子（正極（Ｐ）側に接続する端子）、エミッタ端子（負極（Ｎ）側に接続する端子）、および、交流側端子がある。図１の例では、基板中心側の端子がコレクタ接続端子、真ん中の端子がエミッタ端子、基板外側の端子が交流側端子である素子を例としている。図１のようにスイッチング素子を配置することにより、ＰＷＭ整流器およびインバータのスイッチング素子の底部に接続する図示していないヒートシンクあるいはヒートパイプ等の冷却装置を共通化することができ、小型化・低コスト化の効果がある。さらに、スイッチング素子の交換に際しては、コンデンサが実装されたプリント配線板の端子部分にスイッチング素子に接続するのみで良いため、交換作業の工数の低減に効果がある。なお、図１に示すプリント配線板１は表および裏面を利用した両面基板で構成している。
【００２０】
図４は、図２の点線部分の拡大図である。プリント配線板において、コンデンサ側の面（図２におけるプリント配線板１の上側面）の配線パターン（斜線部分）は直流リンク部のＮ側となるＮ極パターンとなるようにしている。また、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の下部においては配線パターンは設けず、基板の生地面（導体パターンが形成されていない樹脂面）が露出している。
【００２１】
これは、コンデンサとして、コンデンサのアルミフレームが負極に接続されている基板自立型電解コンデンサを使用した場合においても、コンデンサフレームとプリント配線板１の配線パターンとの間の絶縁を確保できるためである。つまり、図１の例では、コンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の負極はＮ側パターンと同電位であるため、アルミフレームとＮ側パターンとの間には電位差は発生しないが、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の負極はコンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の正極と接続されているため、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８のアルミフレームとＮ側パターンの間にはコンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の電位分だけ電位差が発生する。
【００２２】
アルミ電解コンデンサのフレーム表面には印字用に被覆等が施されているが、これは絶縁を目的としたものではないため、接触などで生じるキズや経年劣化等によりフレーム面が露出する虞がある。また、プリント基板においても、配線パターンの錆防止用に被覆がなされるが、これも絶縁を目的としたものではないため、前記コンデンサフレームの被覆と同様に、キズや経年劣化等でフレーム面が露出する虞がある。
【００２３】
従来は図７に示す基板面のように、絶縁を確保するために絶縁板や絶縁シート等の絶縁体５を挿入して対応していた。しかし、図１のようにコンデンサ２が配置される側の面でコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の下部には配線パターンを敷かず、基板の生地面を露出させることで絶縁体を挿入することなく絶縁を確保することができる。
【００２４】
しかし、このように構成すると、コンデンサ側の面のコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の下部にはパターンが存在しないため、正極層（Ｐ極パターン）および中間極層（Ｃ極パターン）と負極層（Ｎ極パターン）との間で、配線パターンの積層効果はほとんど期待できない。なお、積層効果とは、積層した配線パターン間で互いに逆方向に電流が流れるように構成することにより、それぞれに流れる電流が発生する磁束が互いに相殺され、配線経路のインダクタンスを低減できる効果である。
【００２５】
このため、図１に示すプリント配線板１を単体で使用する場合は、配線経路のインダクタンスが無視できなくなる。この結果、例えばＵ相スイッチング素子３Ｕがスイッチングをした場合には、近傍のコンデンサ２ｐ１、コンデンサ２ｎ１の充放電経路は配線経路が短いため低インピーダンスとなる。一方、コンデンサ２ｐ８、コンデンサ２ｎ８の充放電経路は配線経路が長いため高インピーダンスとなる。このため、コンデンサに流入出する電流量（電荷の供給量）に大きなばらつきが発生し、コンデンサの寿命低下や破壊をもたらす虞がある。
【００２６】
そこで、図１の例では、プリント配線板１とスイッチング素子の間にＰ側配線導体４ＰとＮ側配線導体４Ｎを配置している。Ｐ側配線導体４ＰとＮ側配線導体４Ｎは図示していない絶縁物等を介して近接させて積層して配置し、前述の積層効果によって配線経路の低インダクタンス化を実現している。
【００２７】
つまり、図１の例のようにプリント配線板１と、Ｐ側配線導体４ＰおよびＮ側配線導体４Ｎを電気的に並列接続する構成とすることにより、いずれのスイッチング素子がスイッチングをした場合においても、コンデンサから流出入する電流の大部分は、一旦、各コンデンサに最も近いスイッチング素子の端子部分を通り、その後配線インダクタンスの小さいＰ側配線導体４Ｐ、Ｎ側配線導体４Ｎを通ってスイッチングした素子に流出入する。この結果、各コンデンサから流入出する電流量のばらつきは小さくなり、コンデンサの寿命低下等の悪影響を抑制できる効果がある。
【００２８】
図５は、図１の例におけるプリント配線板１のパターン図および電流分布のシミュレーション結果を示す図である。ここで、図５（ａ）はプリント配線板１のコンデンサ側面（図２におけるプリント配線板１の上側面）のパターン図であり、Ｎ極パターンのみで構成している。また、図中の点線円は、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８の投影部分である。
【００２９】
プリント配線板１のコンデンサ側面では、直流リンクのＰ側に接続されたコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の投影面にはＮ極パターンは無く、プリント基板の生地面（導体パターンが形成されない絶縁体面）としている。さらに、直流リンクのＮ側に接続されたコンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の投影面にはＮ極パターン或いはＮ極パターンの一部が敷かれる構造となっており、コンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の負極端子はＮ極パターンと接続している。
【００３０】
図５（ｂ）はプリント配線板のスイッチ素子側の面（図２のプリント配線板１の下側面）のパターン図であり、Ｃ極パターンおよびＰ極パターンで構成しており、それぞれのパターンは絶縁距離を保って切り離されている。Ｃ極パターンにはコンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の正極端子とコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の負極端子が接続されており、Ｐ極パターンにはコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８が接続されている。
【００３１】
図５（ａ）（ｂ）の基板面に描かれた線は、Ｕ相スイッチング素子３Ｕのスイッチングを想定して、Ｕ相素子エミッタ端子およびＵ相素子コレクタ端子間からみた電流分布、すなわち、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８から供給される電流の分布を電磁場シミュレーションにより演算したものである。
【００３２】
すなわち、線間が狭い部分は電流密度が高いことを示している。また、図５（ａ）（ｂ）に示すように、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８に流入出する電流は、Ｕ相スイッチング素子３Ｕに近いコンデンサ２ｐ１、２ｎ１の電流が若干多いものの、ほぼ均一に流れていることが判る。なお、図５（ａ）（ｂ）は、スイッチング直後の過渡状態のシミュレーション結果であるため、時間が経過して定常状態になると均一性が更に増す結果になる。また、図５（ａ）（ｂ）よりコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８に流入出する電流は、Ｕ相スイッチング素子３Ｕがスイッチングをしているにも関わらず、各コンデンサから最も近い素子の端子に流れていることが確認できる。
【００３３】
図６は、図１の例における配線導体のパターン図および電流分布のシミュレーション結果を示す図である。図６（ａ）は図１におけるＮ側の配線導体４Ｎを示す図であり、図６（ｂ）は図１におけるＰ側の配線導体４Ｐを示す図である。
【００３４】
それぞれの配線導体４Ｎ，４Ｐは近接して積層されており、特に、Ｐ側の配線導体４ＰをＮ側の配線導体４Ｎに投影すると、大部分が重なる形態である。また、それぞれの配線導体の中央部分では、それぞれの導体部分が完全に積層されている。
【００３５】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、各素子の端子から流入出する電流（図５のプリント配線板から流出入する電流）は、中央部分の積層部を通ってＵ相スイッチング素子３Ｕに流れる。それぞれの導体基板における積層部分の電流は互いに逆方向に流れるため、発生する磁束が相殺され、インダクタンスを低減できる。
【００３６】
すなわち、図５においてコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８に流入出する電流が直近素子の端子に流れている要因も導体基板のインダクタンスが極めて小さいことの効果であり、導体基板での低インダクタンス化が各コンデンサに流れる電流の均一化に寄与していると言える。これにより、特定のコンデンサへの過度の電流集中を防止できるため、コンデンサの長寿命化を図ることができる。
【００３７】
また、図５に示すプリント配線板の構造のみではパターンの積層効果が得られないためスイッチング素子から離れた位置にあるコンデンサにおいては経路のインダクタンスが大きくなる。しかし、図６に示す積層した配線導体を使用する構造では直近の素子端子を通る経路によって低インダクタンス化を図ることができる。
【００３８】
これにより、インダクタンスに蓄積されたエネルギーにより素子のスイッチング時に発生する跳ね上がり電圧現象を抑制することができる。このため、保護用に接続していたスナバ回路を削減できる効果がある。この効果は、プリント配線板１が図７の従来技術のように自身で積層効果を持つ場合においては、電流がプリント配線板１のパターンを通って低インダクタンスの経路で流れることが可能なため、低インダクタンス化を図ることができる。このような場合は、図８に示す従来技術における配線導体パターンの例のように配線導体に積層効果を持たせる必要は無く、低周波の電流成分（主電流成分）のみが流れることになる。
【００３９】
すなわち、本発明はプリント配線板とコンデンサフレーム間の絶縁を簡略化し、絶縁確保用の絶縁物を削減することが一つの特徴である。また、図１の例では、配線導体には、低周波の電流成分（主電流成分）とコンデンサに流入出しインダクタンスの影響を受ける高周波の電流成分が流れることも特徴である。
【００４０】
また、図６（ａ）のＮ側配線導体では、配線導体の上下方向（長手方向）の端部において、左右端をつなぐ電流経路を設けており、Ｕ相スイッチ素子への電流の導入が可能な形態としている。これにより、素子端子近傍の電流集中を緩和することができる。さらに、図６（ｂ）も同様に配線導体の上下方向（長手方向）を延ばすことによりＰ側配線導体との積層部分を拡大でき、更なる低インダクタンス化を実現できる効果がある。
【００４１】
また、図５においては、両面基板で実施した構成を例として説明しているが、プリント配線板のコンデンサ側面にはＮ極のパターンがあり、そのパターンの少なくとも一部が直流リンクのＮ側に接続されたコンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の下のみに位置する点が重要であって、この条件を満足するような複数層基板をプリント配線板として使用しても良いことは言うまでもない。また、図６においては、Ｎ極の配線導体よりもＰ極の配線導体の方が横方向に狭い形状であるが、積層することによって重なり合う部分の面積を増やすことが重要であり、Ｐ極の配線導体の方にくり抜き穴を設けてＮ極の配線導体と同じ大きさにするなどの形状でも良いことは言うまでもない。さらに、図１の例ではＰＷＭ整流器とインバータを使用するシステムを前提としたが、平滑コンデンサを直列接続にした形態である点が本発明の特徴のの一つであるため、ＰＷＭ整流器の代わりにダイオード整流器や直流電源が使用される形態であっても同様な効果を奏することは言うまでもない。
【００４２】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、複数の小型コンデンサをプリント配線板上に搭載したプリント配線板および積層構成の配線導体を備え、前記プリント配線板においては、コンデンサ側面の主たる配線パターンは電力変換器の直流リンクのＮ極パターンとなるように構成し、素子側面の主たる配線パターンは直流リンクのＰ極パターン、および直列接続したコンデンサの中間点パターン（Ｃ極パターン)となるように構成する。また、直流リンクのＰ側に接続されるコンデンサの下部においてコンデンサ側面の配線パターンが存在しない構成とし、プリント配線板と並列に積層構造の配線導体を配置した構成とする。このように、配線導体を積層構成としているため、コンデンサから流入出する電流はコンデンサ近傍の素子端子を介して配線導体に流れ、低インダクタンス化を図ることができる。このように、コンデンサと該コンデンサを搭載したプリント配線板パターンとの間の絶縁性能を高めて絶縁確保用の絶縁体を削減できる上、配線経路の低インダクタンス化を実現することができる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で様々変形して実施できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４４】
１ コンデンサを搭載したプリント配線板（コンデンサ板）
２ｐ１〜２ｐ８ 直流リンクのＰ側に接続されたコンデンサ
２ｎ１〜２ｎ８ 直流リンクのＮ側に接続されたコンデンサ
３Ｒ Ｒ相スイッチング素子
３Ｓ Ｓ相スイッチング素子
３Ｔ Ｔ相スイッチング素子
３Ｕ Ｕ相スイッチング素子
３Ｖ Ｖ相スイッチング素子
３Ｗ Ｗ相スイッチング素子
４Ｐ Ｐ側配線導体
４Ｎ Ｎ側配線導体
５ 絶縁物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関わり、特に、直流リンク部に配置される平滑コンデンサの実装構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
整流部とインバータ部を接続する直流リンク部を備えた電力変換装置において、直流リンク部に配置されるコンデンサの実装構造としては、特許文献１，特許文献２が知られている。特許文献１に記載されたサーボアンプ、および特許文献２に記載されたインバータ装置には、プリント基板等の導体板に複数の小型コンデンサを配置することによって配線インピーダンスを小さくし、かつ、装置全体の小型化を実現する手法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１９６６１公報
【特許文献２】特開２００６−１９７７３５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力変換装置の直流リンク部に設置する平滑コンデンサには、電解コンデンサが広く使用される。特に、プリント基板等の導体板に搭載するコンデンサとしては基板自立型のアルミ電解コンデンサが用いられる。ところが、基板自立型のアルミ電解コンデンサはアルミフレームが負極に接続され、負極と同電位になっている場合がある。 アルミ電解コンデンサのフレーム表面には印字用に被覆等が施されているが、この被覆は絶縁を目的としたものではないため、接触などで生じるキズや経年劣化等によりフレーム面が露出する虞がある。
【０００５】
また、プリント基板においても、配線パターンの錆防止用に被覆がなされるが、これも絶縁を目的としたものではなく、前記アルミ電解コンデンサのフレームの被覆と同様に、キズや経年劣化等でフレーム面が露出する虞がある。このため、基板自立型のアルミ電解コンデンサのアルミフレームとプリント基板の配線パターンとの絶縁確保に留意する必要がある。特に、電力変換装置の直流リンク部の電位が高くなる場合は耐電圧の観点からコンデンサを直列接続した構成にするが、一方のコンデンサの正極と他方のコンデンサの負極が接続される形態になるため、それぞれのアルミフレームは異なる電位になる。このような場合には、基板パターンが複雑化する。
【０００６】
このような問題に対して、特許文献１では、導体板の表面を絶縁体で被覆することにより電解コンデンサとの絶縁を図っている。前記絶縁には樹脂等でモールドする方法、絶縁シート等を敷いたりする方法が採用されるが、工数の増加やコストの増加は避けられない。
【０００７】
特許文献２には、プリント配線板に複数のコンデンサを配置した例が記載されている。一般的にコンデンサ搭載のプリント配線板では、パターンを積層させることにより配線インダクタンスを大幅に低下させることができる。しかし、特許文献２にはプリント配線板のパターンと電解コンデンサ間の絶縁処理に関しては触れられていない。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、複数のコンデンサをプリント配線板上に配置したコンデンサ搭載板を使用する電力変換装置において、コンデンサとプリント配線板パターンの間の絶縁性能を高め、かつ配線の低インダクタンス化を実現できる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。
【００１０】
各相に挿入したスイッチング素子を開閉して、供給された交流電力を直流電力に変換する整流部、変換された直流電力を各相に挿入されたスイッチング素子を開閉して交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部、および前記整流部とインバータ部を接続する直流リンク部を備えた電力変換装置において、前記直流リンク部は、複数のコンデンサを直列および並列接続してなる平滑回路を搭載したプリント配線板を備え、該プリント配線板は、絶縁基板の上面側に前記直流リンク部の負極を構成する負極パターンを、また前記絶縁基板の下面側に前記直流リンク部の正極を構成する正極パターンおよび該正極パターンに並置され前記直列接続されたコンデンサの中間接続電極を構成する中間電極パターンを具備し、前記負極パターンは、前記直列接続されたコンデンサのうち前記直流リンク部の負極側に接続されたコンデンサの投影面にのみに形成した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上の構成を備えるため、コンデンサとコンデンサを搭載するプリント配線板の間の絶縁性能を高め、かつ配線の低インダクタンス化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置を説明する図である。
【図２】図１の側面図(矢視図)である。
【図３】図１に示すプリント配線板の回路図である。
【図４】図２の一部（点線部分）拡大図である。
【図５】図１に示すプリント配線板のパターンにおける電流分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図１に示す配線導体のパターンにおける電流分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】従来のプリント配線板を説明する図である。
【図８】従来のプリント配線板における配線導体パターンの例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、最良の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる電力変換装置を説明する図である。図に示すように、コンデンサを搭載したプリント配線板（コンデンサ板）１は、プリント配線板に搭載されたコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８、ＰＷＭ整流器側のスイッチング素子３Ｒ、３Ｓ、３Ｔ、および、インバータ側のスイッチング素子３Ｕ、３Ｖ、３Ｗを備える。
【００１４】
図２は、図１のプリント配線板を矢印（Ａ）方向から見た側面図（矢視図）であり、図に示すように、プリント配線板１とスイッチング素子との間にＰ側配線導体４ＰとＮ側配線導体４Ｎが配置されている。
【００１５】
図３は、図１に示すプリント配線板の回路図であり、整流器側のスイッチング素子３Ｒ、３Ｓ、３Ｔとインバータ側のスイッチング素子３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは、直流リンク部を介して接続しており、直流リンク部の正極側（Ｐ側）はプリント配線板１のＰ極パターンおよびＰ側配線導体４Ｐに接続し、直流リンク部の負極側（Ｎ側）はプリント配線板１のＮ極パターンおよびＮ側配線導体４Ｎに接続している。
【００１６】
なお、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８は、直流リンク部分の電圧値が大きい場合を想定し、コンデンサ２ｐ１とコンデンサ２ｎ１、コンデンサ２ｐ２とコンデンサ２ｎ２、・・・というようにプリント配線板１において正極側と負極側の間を直列接続して耐電圧を確保している。さらに、複数のコンデンサを並列に接続することにより静電容量を確保している（図１の第一実施例は２直列８並列の構成となっている）。また、直列接続したそれぞれのコンデンサの中間点同士は、プリント配線板１の中間点パターン（Ｃ極パターン）に接続している。
【００１７】
このように小型のコンデンサを多数使用して直並列に接続することにより、コンデンサ１個当りの高さ（図１おいて紙面に鉛直方向の長さ）を低減することができる。また、単体の重量を小さくできるため、コンデンサの支持部分を簡素化できる。
【００１８】
整流器側のスイッチング素子３Ｒ、３Ｓ、３Ｔおよびインバータ側のスイッチング素子３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは、図３に示すように１つのデバイス内に２個のスイッチング素子を搭載した、いわゆる２ｉｎ１タイプの素子を使用し、図１に示すようにプリント配線板１の中心に対して線対称に配置している。
【００１９】
２ｉｎ１タイプの素子においては、一般的にコレクタ端子（正極（Ｐ）側に接続する端子）、エミッタ端子（負極（Ｎ）側に接続する端子）、および、交流側端子がある。図１の例では、基板中心側の端子がコレクタ接続端子、真ん中の端子がエミッタ端子、基板外側の端子が交流側端子である素子を例としている。図１のようにスイッチング素子を配置することにより、ＰＷＭ整流器およびインバータのスイッチング素子の底部に接続する図示していないヒートシンクあるいはヒートパイプ等の冷却装置を共通化することができ、小型化・低コスト化の効果がある。さらに、スイッチング素子の交換に際しては、コンデンサが実装されたプリント配線板の端子部分にスイッチング素子に接続するのみで良いため、交換作業の工数の低減に効果がある。なお、図１に示すプリント配線板１は表および裏面を利用した両面基板で構成している。
【００２０】
図４は、図２の点線部分の拡大図である。プリント配線板において、コンデンサ側の面（図２におけるプリント配線板１の上側面）の配線パターン（斜線部分）は直流リンク部のＮ側となるＮ極パターンとなるようにしている。また、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の下部においては配線パターンは設けず、基板の生地面（導体パターンが形成されていない樹脂面）が露出している。
【００２１】
これは、コンデンサとして、コンデンサのアルミフレームが負極に接続されている基板自立型電解コンデンサを使用した場合においても、コンデンサフレームとプリント配線板１の配線パターンとの間の絶縁を確保できるためである。つまり、図１の例では、コンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の負極はＮ側パターンと同電位であるため、アルミフレームとＮ側パターンとの間には電位差は発生しないが、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の負極はコンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の正極と接続されているため、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８のアルミフレームとＮ側パターンの間にはコンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の電位分だけ電位差が発生する。
【００２２】
アルミ電解コンデンサのフレーム表面には印字用に被覆等が施されているが、これは絶縁を目的としたものではないため、接触などで生じるキズや経年劣化等によりフレーム面が露出する虞がある。また、プリント基板においても、配線パターンの錆防止用に被覆がなされるが、これも絶縁を目的としたものではないため、前記コンデンサフレームの被覆と同様に、キズや経年劣化等でフレーム面が露出する虞がある。
【００２３】
従来は図７に示す基板面のように、絶縁を確保するために絶縁板や絶縁シート等の絶縁体５を挿入して対応していた。しかし、図１のようにコンデンサ２が配置される側の面でコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の下部には配線パターンを敷かず、基板の生地面を露出させることで絶縁体を挿入することなく絶縁を確保することができる。
【００２４】
しかし、このように構成すると、コンデンサ側の面のコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の下部にはパターンが存在しないため、正極層（Ｐ極パターン）および中間極層（Ｃ極パターン）と負極層（Ｎ極パターン）との間で、配線パターンの積層効果はほとんど期待できない。なお、積層効果とは、積層した配線パターン間で互いに逆方向に電流が流れるように構成することにより、それぞれに流れる電流が発生する磁束が互いに相殺され、配線経路のインダクタンスを低減できる効果である。
【００２５】
このため、図１に示すプリント配線板１を単体で使用する場合は、配線経路のインダクタンスが無視できなくなる。この結果、例えばＵ相スイッチング素子３Ｕがスイッチングをした場合には、近傍のコンデンサ２ｐ１、コンデンサ２ｎ１の充放電経路は配線経路が短いため低インピーダンスとなる。一方、コンデンサ２ｐ８、コンデンサ２ｎ８の充放電経路は配線経路が長いため高インピーダンスとなる。このため、コンデンサに流入出する電流量（電荷の供給量）に大きなばらつきが発生し、コンデンサの寿命低下や破壊をもたらす虞がある。
【００２６】
そこで、図１の例では、プリント配線板１とスイッチング素子の間にＰ側配線導体４ＰとＮ側配線導体４Ｎを配置している。Ｐ側配線導体４ＰとＮ側配線導体４Ｎは図示していない絶縁物等を介して近接させて積層して配置し、前述の積層効果によって配線経路の低インダクタンス化を実現している。
【００２７】
つまり、図１の例のようにプリント配線板１と、Ｐ側配線導体４ＰおよびＮ側配線導体４Ｎを電気的に並列接続する構成とすることにより、いずれのスイッチング素子がスイッチングをした場合においても、コンデンサから流出入する電流の大部分は、一旦、各コンデンサに最も近いスイッチング素子の端子部分を通り、その後配線インダクタンスの小さいＰ側配線導体４Ｐ、Ｎ側配線導体４Ｎを通ってスイッチングした素子に流出入する。この結果、各コンデンサから流入出する電流量のばらつきは小さくなり、コンデンサの寿命低下等の悪影響を抑制できる効果がある。
【００２８】
図５は、図１の例におけるプリント配線板１のパターン図および電流分布のシミュレーション結果を示す図である。ここで、図５（ａ）はプリント配線板１のコンデンサ側面（図２におけるプリント配線板１の上側面）のパターン図であり、Ｎ極パターンのみで構成している。また、図中の点線円は、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８の投影部分である。
【００２９】
プリント配線板１のコンデンサ側面では、直流リンクのＰ側に接続されたコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の投影面にはＮ極パターンは無く、プリント基板の生地面（導体パターンが形成されない絶縁体面）としている。さらに、直流リンクのＮ側に接続されたコンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の投影面にはＮ極パターン或いはＮ極パターンの一部が敷かれる構造となっており、コンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の負極端子はＮ極パターンと接続している。
【００３０】
図５（ｂ）はプリント配線板のスイッチ素子側の面（図２のプリント配線板１の下側面）のパターン図であり、Ｃ極パターンおよびＰ極パターンで構成しており、それぞれのパターンは絶縁距離を保って切り離されている。Ｃ極パターンにはコンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の正極端子とコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８の負極端子が接続されており、Ｐ極パターンにはコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８が接続されている。
【００３１】
図５（ａ）（ｂ）の基板面に描かれた線は、Ｕ相スイッチング素子３Ｕのスイッチングを想定して、Ｕ相素子エミッタ端子およびＵ相素子コレクタ端子間からみた電流分布、すなわち、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８から供給される電流の分布を電磁場シミュレーションにより演算したものである。
【００３２】
すなわち、線間が狭い部分は電流密度が高いことを示している。また、図５（ａ）（ｂ）に示すように、コンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８に流入出する電流は、Ｕ相スイッチング素子３Ｕに近いコンデンサ２ｐ１、２ｎ１の電流が若干多いものの、ほぼ均一に流れていることが判る。なお、図５（ａ）（ｂ）は、スイッチング直後の過渡状態のシミュレーション結果であるため、時間が経過して定常状態になると均一性が更に増す結果になる。また、図５（ａ）（ｂ）よりコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８に流入出する電流は、Ｕ相スイッチング素子３Ｕがスイッチングをしているにも関わらず、各コンデンサから最も近い素子の端子に流れていることが確認できる。
【００３３】
図６は、図１の例における配線導体のパターン図および電流分布のシミュレーション結果を示す図である。図６（ａ）は図１におけるＮ側の配線導体４Ｎを示す図であり、図６（ｂ）は図１におけるＰ側の配線導体４Ｐを示す図である。
【００３４】
それぞれの配線導体４Ｎ，４Ｐは近接して積層されており、特に、Ｐ側の配線導体４ＰをＮ側の配線導体４Ｎに投影すると、大部分が重なる形態である。また、それぞれの配線導体の中央部分では、それぞれの導体部分が完全に積層されている。
【００３５】
図６（ａ）（ｂ）に示すように、各素子の端子から流入出する電流（図５のプリント配線板から流出入する電流）は、中央部分の積層部を通ってＵ相スイッチング素子３Ｕに流れる。それぞれの導体基板における積層部分の電流は互いに逆方向に流れるため、発生する磁束が相殺され、インダクタンスを低減できる。
【００３６】
すなわち、図５においてコンデンサ２ｐ１〜２ｐ８、２ｎ１〜２ｎ８に流入出する電流が直近素子の端子に流れている要因も導体基板のインダクタンスが極めて小さいことの効果であり、導体基板での低インダクタンス化が各コンデンサに流れる電流の均一化に寄与していると言える。これにより、特定のコンデンサへの過度の電流集中を防止できるため、コンデンサの長寿命化を図ることができる。
【００３７】
また、図５に示すプリント配線板の構造のみではパターンの積層効果が得られないためスイッチング素子から離れた位置にあるコンデンサにおいては経路のインダクタンスが大きくなる。しかし、図６に示す積層した配線導体を使用する構造では直近の素子端子を通る経路によって低インダクタンス化を図ることができる。
【００３８】
これにより、インダクタンスに蓄積されたエネルギーにより素子のスイッチング時に発生する跳ね上がり電圧現象を抑制することができる。このため、保護用に接続していたスナバ回路を削減できる効果がある。この効果は、プリント配線板１が図７の従来技術のように自身で積層効果を持つ場合においては、電流がプリント配線板１のパターンを通って低インダクタンスの経路で流れることが可能なため、低インダクタンス化を図ることができる。このような場合は、図８に示す従来技術における配線導体パターンの例のように配線導体に積層効果を持たせる必要は無く、低周波の電流成分（主電流成分）のみが流れることになる。
【００３９】
すなわち、本発明はプリント配線板とコンデンサフレーム間の絶縁を簡略化し、絶縁確保用の絶縁物を削減することが一つの特徴である。また、図１の例では、配線導体には、低周波の電流成分（主電流成分）とコンデンサに流入出しインダクタンスの影響を受ける高周波の電流成分が流れることも特徴である。
【００４０】
また、図６（ａ）のＮ側配線導体では、配線導体の上下方向（長手方向）の端部において、左右端をつなぐ電流経路を設けており、Ｕ相スイッチ素子への電流の導入が可能な形態としている。これにより、素子端子近傍の電流集中を緩和することができる。さらに、図６（ｂ）も同様に配線導体の上下方向（長手方向）を延ばすことによりＰ側配線導体との積層部分を拡大でき、更なる低インダクタンス化を実現できる効果がある。
【００４１】
また、図５においては、両面基板で実施した構成を例として説明しているが、プリント配線板のコンデンサ側面にはＮ極のパターンがあり、そのパターンの少なくとも一部が直流リンクのＮ側に接続されたコンデンサ２ｎ１〜２ｎ８の下のみに位置する点が重要であって、この条件を満足するような複数層基板をプリント配線板として使用しても良いことは言うまでもない。また、図６においては、Ｎ極の配線導体よりもＰ極の配線導体の方が横方向に狭い形状であるが、積層することによって重なり合う部分の面積を増やすことが重要であり、Ｐ極の配線導体の方にくり抜き穴を設けてＮ極の配線導体と同じ大きさにするなどの形状でも良いことは言うまでもない。さらに、図１の例ではＰＷＭ整流器とインバータを使用するシステムを前提としたが、平滑コンデンサを直列接続にした形態である点が本発明の特徴のの一つであるため、ＰＷＭ整流器の代わりにダイオード整流器や直流電源が使用される形態であっても同様な効果を奏することは言うまでもない。
【００４２】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、複数の小型コンデンサをプリント配線板上に搭載したプリント配線板および積層構成の配線導体を備え、前記プリント配線板においては、コンデンサ側面の主たる配線パターンは電力変換器の直流リンクのＮ極パターンとなるように構成し、素子側面の主たる配線パターンは直流リンクのＰ極パターン、および直列接続したコンデンサの中間点パターン（Ｃ極パターン)となるように構成する。また、直流リンクのＰ側に接続されるコンデンサの下部においてコンデンサ側面の配線パターンが存在しない構成とし、プリント配線板と並列に積層構造の配線導体を配置した構成とする。このように、配線導体を積層構成としているため、コンデンサから流入出する電流はコンデンサ近傍の素子端子を介して配線導体に流れ、低インダクタンス化を図ることができる。このように、コンデンサと該コンデンサを搭載したプリント配線板パターンとの間の絶縁性能を高めて絶縁確保用の絶縁体を削減できる上、配線経路の低インダクタンス化を実現することができる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で様々変形して実施できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４４】
１ コンデンサを搭載したプリント配線板（コンデンサ板）
２ｐ１〜２ｐ８ 直流リンクのＰ側に接続されたコンデンサ
２ｎ１〜２ｎ８ 直流リンクのＮ側に接続されたコンデンサ
３Ｒ Ｒ相スイッチング素子
３Ｓ Ｓ相スイッチング素子
３Ｔ Ｔ相スイッチング素子
３Ｕ Ｕ相スイッチング素子
３Ｖ Ｖ相スイッチング素子
３Ｗ Ｗ相スイッチング素子
４Ｐ Ｐ側配線導体
４Ｎ Ｎ側配線導体
５ 絶縁物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各相に挿入したスイッチング素子を開閉して、供給された交流電力を直流電力に変換する整流部、変換された直流電力を各相に挿入されたスイッチング素子を開閉して交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部、および前記整流部とインバータ部を接続する直流リンク部を備えた電力変換装置において、
前記直流リンク部は、複数のコンデンサを直列および並列接続してなる平滑回路を搭載したプリント配線板を備え、
該プリント配線板は、絶縁基板の上面側に前記直流リンク部の負極を構成する負極パターンを、また前記絶縁基板の下面側に前記直流リンク部の正極を構成する正極パターンおよび該正極パターンに並置され前記直列接続されたコンデンサの中間接続電極を構成する中間電極パターンを具備し、
前記負極パターンは、前記直列接続されたコンデンサのうち前記直流リンク部の負極側に接続されたコンデンサの投影面にのみに形成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
各相に挿入したスイッチング素子を開閉して、供給された交流電力を直流電力に変換する整流部、変換された直流電力を各相に挿入されたスイッチング素子を開閉して交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部、および前記整流部とインバータ部を接続する直流リンク部を備えた電力変換装置において、
前記直流リンク部は、複数のコンデンサを直列および並列接続してなる平滑回路を搭載したプリント配線板と、
整流部およびインバータ部を構成するスイッチング素子の正極端子間を接続するＰ側配線導体および整流部およびインバータ部を構成するスイッチング素子の負極端子間を接続するＮ側配線導体とを備え、
前記プリント配線板は、絶縁基板の上面側に前記直流リンク部の負極を構成する負極パターンを、また前記絶縁基板の下面側に前記直流リンク部の正極を構成する正極パターンおよび該正極パターンに並置され前記直列接続されたコンデンサの中間接続電極を構成する中間電極パターンを具備し、
前記負極パターンは、前記直列接続されたコンデンサのうち前記直流リンク部の負極側に接続されたコンデンサの投影面にのみに形成し、前記正極パターンに接続するＰ側配線導体板と負極パターンに接続するＮ側配線導体板とは一方に投影面に他方が重なるように積層配置したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１記載の電力変換装置において、
前記プリント配線板は両面基板構造であり、直流電位を分圧するコンデンサは２直列の構成であり、前記プリント配線板のコンデンサ側基板面の主たる配線パターンは直流電位の負極側と同電位であり、前記プリント配線板のもう一方の面の主たる配線パターンは直流電位の正極側と同電位のパターンと直流電位の中間点と同電位のパターンであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１記載の電力変換装置において、
インバータ部および整流部として動作する半導体デバイスは単独のデバイスの中に２個の半導体スイッチを備えた構成であり、前記複数のコンデンサを搭載したプリント配線板の中心に対して線対称に前記インバータ部として動作する半導体デバイスと前記整流部として動作する半導体デバイスを配置する形態であり、分圧接続したコンデンサのうち直流電位の負極側に接続されるコンデンサは前記プリント配線板の端部に配置され、直流電位の正極側に接続されるコンデンサは前記プリント配線板の中央部に配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１記載の電力変換装置において、
インバータ部として動作する半導体デバイスと、整流部として動作する半導体デバイスは単独のデバイスの中に２個の半導体スイッチを備えた構成であり、前記複数のコンデンサを搭載したプリント配線板の中心に対して線対称に前記インバータ部として動作する半導体デバイスと前記整流部として動作する半導体デバイスを配置する形態であり、かつ、前記整流部と前記インバータ部の間のリンク部における正極と負極にそれぞれ接続された配線導体は前記プリント配線板と前記半導体デバイスとの間に配置され、かつ、前記配線導体のそれぞれの端部付近において前記半導体デバイスと接続され、かつ、前記それぞれの配線導体の中央部は積層されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１記載の電力変換装置において、
前記整流部と前記インバータ部の間のリンク部の正極と負極にそれぞれ接続された配線導体は互いに積層され、それぞれが向かい合う面において少なくとも一方の配線導体の外形は長方形であり、かつ、長方形の辺のうち一方の長い辺の端部付近にインバータとして動作する半導体デバイスに接続される端子が設けられ、他方の長い辺の端部付近に整流部として動作する半導体デバイスに接続される端子が設けられ、かつ、前記端子のうち長方形の短い辺側に設けられた端子よりも端部側において、整流部とインバータ部を電気的に接続できる経路が設けたれていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
各相に挿入したスイッチング素子を開閉して、供給された交流電力を直流電力に変換する整流部、変換された直流電力を各相に挿入されたスイッチング素子を開閉して交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部、および前記整流部とインバータ部を接続する直流リンク部を備えた電力変換装置において、
前記直流リンク部は、複数のコンデンサを直列および並列接続してなる平滑回路を搭載したプリント配線板を備え、
該プリント配線板は、絶縁基板の上面側に前記直流リンク部の負極を構成する負極パターンを、また前記絶縁基板の下面側に前記直流リンク部の正極を構成する正極パターンおよび該正極パターンに並置され前記直列接続されたコンデンサの中間接続電極を構成する中間電極パターンを具備し、
前記負極パターンは、前記直列接続されたコンデンサのうち前記直流リンク部の負極側に接続されたコンデンサの投影面にのみに形成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
各相に挿入したスイッチング素子を開閉して、供給された交流電力を直流電力に変換する整流部、変換された直流電力を各相に挿入されたスイッチング素子を開閉して交流電力に変換して負荷に供給するインバータ部、および前記整流部とインバータ部を接続する直流リンク部を備えた電力変換装置において、
前記直流リンク部は、複数のコンデンサを直列および並列接続してなる平滑回路を搭載したプリント配線板と、
整流部およびインバータ部を構成するスイッチング素子の正極端子間を接続するＰ側配線導体および整流部およびインバータ部を構成するスイッチング素子の負極端子間を接続するＮ側配線導体とを備え、
前記プリント配線板は、絶縁基板の上面側に前記直流リンク部の負極を構成する負極パターンを、また前記絶縁基板の下面側に前記直流リンク部の正極を構成する正極パターンおよび該正極パターンに並置され前記直列接続されたコンデンサの中間接続電極を構成する中間電極パターンを具備し、
前記負極パターンは、前記直列接続されたコンデンサのうち前記直流リンク部の負極側に接続されたコンデンサの投影面にのみに形成し、前記正極パターンに接続するＰ側配線導体板と負極パターンに接続するＮ側配線導体板とは一方に投影面に他方が重なるように積層配置したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１記載の電力変換装置において、
前記プリント配線板は両面基板構造であり、直流電位を分圧するコンデンサは２直列の構成であり、前記プリント配線板のコンデンサ側基板面の主たる配線パターンは直流電位の負極側と同電位であり、前記プリント配線板のもう一方の面の主たる配線パターンは直流電位の正極側と同電位のパターンと直流電位の中間点と同電位のパターンであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１記載の電力変換装置において、
インバータ部および整流部として動作する半導体デバイスは単独のデバイスの中に２個の半導体スイッチを備えた構成であり、前記複数のコンデンサを搭載したプリント配線板の中心に対して線対称に前記インバータ部として動作する半導体デバイスと前記整流部として動作する半導体デバイスを配置する形態であり、分圧接続したコンデンサのうち直流電位の負極側に接続されるコンデンサは前記プリント配線板の端部に配置され、直流電位の正極側に接続されるコンデンサは前記プリント配線板の中央部に配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１記載の電力変換装置において、
インバータ部として動作する半導体デバイスと、整流部として動作する半導体デバイスは単独のデバイスの中に２個の半導体スイッチを備えた構成であり、前記複数のコンデンサを搭載したプリント配線板の中心に対して線対称に前記インバータ部として動作する半導体デバイスと前記整流部として動作する半導体デバイスを配置する形態であり、かつ、前記整流部と前記インバータ部の間のリンク部における正極と負極にそれぞれ接続された配線導体は前記プリント配線板と前記半導体デバイスとの間に配置され、かつ、前記配線導体のそれぞれの端部付近において前記半導体デバイスと接続され、かつ、前記それぞれの配線導体の中央部は積層されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１記載の電力変換装置において、
前記整流部と前記インバータ部の間のリンク部の正極と負極にそれぞれ接続された配線導体は互いに積層され、それぞれが向かい合う面において少なくとも一方の配線導体の外形は長方形であり、かつ、長方形の辺のうち一方の長い辺の端部付近にインバータとして動作する半導体デバイスに接続される端子が設けられ、他方の長い辺の端部付近に整流部として動作する半導体デバイスに接続される端子が設けられ、かつ、前記端子のうち長方形の短い辺側に設けられた端子よりも端部側において、整流部とインバータ部を電気的に接続できる経路が設けたれていることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１９３５９３（Ｐ２０１０−１９３５９３Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３４０８８（Ｐ２００９−３４０８８）
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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