電力変換装置

【課題】２枚の板状導電体と絶縁部材との積層構造において、両板状導電体に設けられる端子部を簡単な構成により形成し、両板状導電体間に所望の沿面距離を持たせる。
【解決手段】幅寸法が同じの２枚の板状導電体１０，１０を相対向させて配設して配線形成部１０ａから複数の端子部１０ｂ，１０ｃを張り出させて設け、板状導電体１０に、それより幅の大きい電気絶縁部材１１を積層させて、電気絶縁部材１１は板状導電体１０が積層される本体部１１ａの両側部に所定幅の沿面距離形成部１１ｂが形成され、この沿面距離形成部１１ｂには、板状導電体１０の各端子部１０ｂ，１０ｃが張り出している部位に欠落部１１ｃが形成され、電気絶縁部材１１の欠落部１１ｃを形成した位置でいずれかの板状導電体１０側に向けて折り曲げることにより端子部１０ｂ，１０ｃと異なる側の配線形成部１０ａとの間に所定の沿面距離を持たせている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や家電等の機器類を含む各種の産業分野において、電動機の可変速駆動や無停電電源装置等として広く使用されている電力変換装置に関するものであり、特に配線の寄生インダクタンスを低減するようにした電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置として、即ちインバータ装置において、スイッチング速度を高速化し、スイッチング時に生じるサージ電圧を抑制するために、給電路を構成する一対の導電板を電流方向が異なるようにして互いに接近させて設ける構成としたものが、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１によると、交流電源からの電力を整流器により整流して給電される導電体にスイッチング素子（スイッチングトランジスタ）に接続する構成としている。また、導電体をコンデンサに接続して、コンデンサと配線インダクタンスとによる平滑回路を構成するが、導電体を広い面積を有する板状のものから構成している。そして、板状導電体を上下２枚設け、その間に電気絶縁部材を介在させるようにして積層した積層構造体からなる接続部材として構成するようになし、両板状導電体間を近接させて配設している。これら各導電体には相互に逆方向の電流を流すと、インバータ回路内で発生する磁束を互いに打ち消すように作用し、もって回路インダクタンスを低下させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０３６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、前述したように、近接した位置に設けた一対の導電体に逆電流を流すことにより寄生インダクタンスの低減を図ることができるが、このためには２つの導体の表面間の距離、つまり沿面距離を最適な長さとしなければならない。また、接続部材は、例えば、平滑コンデンサとスイッチング素子といった電子部品間に接続されるが、このために、積層構造体における板状導電体に複数の端子部を設けて、各々の端子部をこれら両電子部品の接続部に相互に離間させた状態で接続することになる。
【０００５】
この場合、接続部材における最適な沿面距離を持たせる機能を発揮するのは、両板状導電体間に介装される電気絶縁部材である。２つの板状導体を離間させることによって、沿面距離を確保するが、そのために電気絶縁部材を厚肉化するのは合理的ではない。両板状導電体及び絶縁部材に、それぞれ寸法差を持たせるようにすれば、所望の沿面距離を持たせることができる。そうすると、積層体を構成する２枚の板状導電体と絶縁部材との間に非積層部分が生じる可能性があり、この非積層部分が大きくなると、寄生インダクタンスの上昇が懸念され、かつ端子部とその接続の構成が複雑化、大型化するおそれがあり、部品点数も増えて製造コストの低減を図る上で、また省スペースの観点から、さらに高速スイッチングの低損失化を実現するために、解決すべき課題は多々ある。
【０００６】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、２枚の板状導電体と絶縁部材とからなり、給電路を構成する積層構造において、両板状導電体に設けられる端子部を簡単な構成により形成し、かつ両板状導電間に所望の沿面距離を持たせるように構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した目的を達成するために、本発明は、２枚の板状導電体をシート状の電気絶縁部材を介して積層した積層構造部材からなり、前記両板状導電体に複数の端子部を設けて、これら各端子部を電子部品の接続部に電気的に接続する構成とした電力変換装置であって、前記両板状導電体は、幅寸法を同一として相対向するように配設され、前記絶縁部材上に位置する配線形成部と、これら配線形成部の端部から張り出した複数の端子部とから構成され、前記電気絶縁部材は、前記板状導電体の幅寸法より大きくして、前記２枚の板状導電体間に介装されており、かつ前記電気絶縁部材には、前記板状導電体を積層させた状態にして覆う本体部と、一方の板状導電体の配線形成部と他方の板状導電体の端子部との間に沿面距離を設定する沿面距離形成部が形成され、この沿面距離形成部には、前記板状導電体の前記各端子部が張り出している部位に欠落部が形成され、前記沿面距離形成部は前記欠落部の位置で前記いずれかの板状導電体側に向けて折り曲げる構成としたことをその特徴とするものである。
【０００８】
２枚の板状導電体に設けられる端子部の数は、電気絶縁部材の表裏いずれの側に積層されるものも同一の数となる。配線形成部の外形は双方の板状導電体について同じ形状及び寸法となる。２枚の板状導電体の各々の各端子部の位置は並び方向において異なる位置となるように位置をずらせるように配置しておく。これによって、２枚から構成される板状導電体は構成的には同じものとすることができる。しかも、積層構造としたときに、少なくとも２枚の板状導電体はほぼ完全に重畳する位置関係となる。その結果、寄生インピーダンスの抑制効果が得られる。
【０００９】
両板状導電体間の沿面距離は、電気絶縁部材と板状導電体との寸法差や位置の違いにより決定され、板状導電体の一方の配線形成部と他方の板状導電体の端子部との間の距離が沿面距離形成部となる。沿面距離形成部は電気絶縁部材の一部を折り曲げることにより形成されるが、この折り曲げた沿面距離形成部は板状導電体に当接させても良く、また部分的に離間させるようにすることもできる。このように、沿面距離形成部を折り曲げることによって、端子部と相手方の接続部材との間の接続を可能にすると共に、電力変換装置全体の小型化・コンパクト化が図られる。
【００１０】
板状導電体の端子部は電気絶縁部材に形成した欠落部の位置に配置される。この欠落部は電気絶縁部材を所定の位置で切り欠いて欠落させることができる。また、電気絶縁部材にスリット状の切込を設けて、このようにして切り込んだ部位の幅方向の両側の部位を折り曲げるようにした切込折曲部として形成することもできる。いずれにしろ、電気絶縁部材を部分的に欠落させ、この欠落部に端子部を配置することによって、端子部を電子部品の接続部に直接接触させることができる。そして、この端子部と接続部とを電気的に接続するには、導電部材からなるねじ止めやピン止め、さらには導電性接着剤を用いた接着や溶接その他の手段を用いることができる。
【００１１】
板状導電体と電気絶縁部材との積層体において、一対の板状導電体の間に電気絶縁部材は１枚設ければ良いわけであるが、２枚の板状導電体をそれぞれ別個の電気絶縁部材に重ね合わせたものを接合するように構成しても良い。そして、２枚の電気絶縁部材のうち、相互に反対方向に向けて折り返すようになし、それぞれ板状導電体の表面に接着等の手段で固定することができる。
【００１２】
いずれにしろ、電力変換装置は、例えばインバータとして構成される。この場合は、コンデンサとトランジスタ素子との間を接続するものとして構成される。従って、各板状導電体には、コンデンサの接続部に接続される端子部と、トランジスタ素子に接続される端子部とを有する構成とする。トランジスタ素子が３個設けられている場合には、トランジスタ素子の接続部に接続される端子部は３箇所設けることになる。
【発明の効果】
【００１３】
電力変換装置を構成する平滑コンデンサとスイッチング素子といった電子部品間を接続する積層配線構造体として、配線の寄生インダクタンスを低減する機能を有する接続部材を、簡単な構成により容易に電子部品間の接続部への接続を行うことができ、しかも両板状導電間に所望の沿面距離を持たせることによって、配線の寄生インダクタンスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電力変換装置の一例として、モータ駆動装置の等価回路の回路構成図である。
【図２】図１の等価回路における電力変換装置の一例を示す平面図である。
【図３】図２の側面図である。
【図４】図２の電力変換装置におけるスイッチング素子とコンデンサとの接続部の構成を示す分解平面図である。
【図５】図４の組立状態を示す組立状態の平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図７】図６の変形例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す図６と同様の断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態を示す図４と同様の分解平面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態を示す図５と同様の組立状態の平面図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。まず、図１に電力変換装置として、モータ駆動装置の等価回路を示す。また、図２はこの電力変換装置の概略構成を示す平面図であり、図３は図２の正面図である。図中において、１は三相誘導モータ、２はこのモータ１に接続されている三相出力インバータ２である。インバータ２は、３個のスイッチングトランジスタ３ａ，３ｂ，３ｃからなるスイッチング素子３と、コンデンサ４とを有するものであり、このコンデンサ４と給電路５における配線インダクタンス６，６とによって、平滑回路を構成している。
【００１６】
給電路５は、図３に示したように、上下に一対積層状態にして設けられており、各給電路５は板状導電体１０Ｕ，１０Ｌと、これら板状導電体１０Ｕ，１０Ｌの間に介装した電気絶縁部材１１Ｕ，１１Ｌとからなる積層構造の部材から構成されている。ここで、板状導電体１０Ｕ，１０Ｌにおける電流の流れ方向は相互に逆方向になる。
【００１７】
ここで、板状導電体１０Ｕ，１０Ｌは、例えば銅製の薄板から構成され、電気絶縁部材１１は樹脂製のシート状または板状の部材からなり、ポリエチレン，ポリイミド，フッ素樹脂等から構成される。電気絶縁部材１１は１枚で構成とすることもできるが、図３に示した電気絶縁部材１１にあっては、板状導電体１０Ｕ，１０Ｌと同様、２枚の電気絶縁部材１１Ｕ，１１Ｌから構成されている。なお、以下の説明においては、板状導電体１０Ｕ，１０Ｌ及び電気絶縁部材１１Ｕ，１１Ｌを総称する場合には、板状導電体１０，電気絶縁部材１１の符号を用いる。
【００１８】
給電路５を構成する板状導電体１０及び電気絶縁部材１１は、図４に示したように、それぞれ同一形状で、同一寸法のものが２枚用いられる。板状導電体１０は、配線形成部１０ａと、この配線形成部１０ａの一方側の側部から張り出した入力側端子部１０ｂ、他方側の側部から張り出した出力側端子部１０ｃとから構成され、入力側端子部１０ｂは１箇所設けられ、出力側端子部１０ｃは３箇所設けられている。一方、電気絶縁部材１１は、板状導電体１０が重ね合わせられる本体部１１ａと、この本体部１１ａの両側に設けた張り出した沿面距離形成部１１ｂと、この沿面距離形成部１１ｂを部分的に欠落させた欠落部１１ｃとから構成されている。従って、本体部１１ａは板状導電体１０の幅寸法と実質的に同一であり、沿面距離形成部１１ｂは本体部１１ａの左右両側に同じ長さ分だけ張り出すようにして設けられている。そして、欠落部１１ｃは電気絶縁部材１１を部分的に切り欠くことにより形成され、端子部１０ｂ，１０ｃの幅寸法より僅かに広い切り欠き幅を有し、沿面距離形成部１１ｂの寸法と実質的に同一の位置まで欠落させている。
【００１９】
同一の板状導電体１０を積層させた時に、上下の板状導電体１０Ｕ，１０Ｌにおいて、それぞれの端子部が重なり合わないようにする必要がある。このために、板状導電体１０の一方側端部から端子部までの位置と他方側端部から端子部までの位置とに少なくとも端子部の幅寸法以上のずれを持たせる。一側には、３箇所の端子部が設けられているが、これら３箇所設けた端子部のピッチ間隔は同じとする。これによって、板状導電体１０と電気絶縁部材１１とを重ね合わせたときに、この電気絶縁部材１１の欠落部１１ｃが板状導電体１０の端子部１０ｂ，１０ｃと一致する位置に形成されている。なお、板状導電体１０と電気絶縁部材１１との長さ寸法においては、電気絶縁部材１１の方が寸法Ｅ分だけ長くなっている。
【００２０】
ここで、図４に示したように、電気絶縁部材１１は点線で示した折り曲げ線により折り曲げて、板状導電体１０の端部側に重ね合わせるようにして組み立てられる。図中の下方の板状導電体１０は電気絶縁部材１１の下面に重ね合わせられるものであり、また上方の板状導電体１０は電気絶縁部材１１の上面に重ね合わせられるものである。従って、上方の電気絶縁部材１１の折り曲げ線は細い点線で示したように谷折りとし、下方の電気絶縁部材１１の折り曲げ線は太い点線で示したように山折りとする。
【００２１】
また、図５に示したように、同じピッチ間隔Ｐ１で配列した３箇所の端子部１０ｃにおいて、板状導電体１０の端部から端子部１０ｃまでの間隔は、一方ではＰ２、他方ではＰ３とする。そして、板状導電体１０における反対側の端子部１０ｂについては、板状導電体１０の端部からの距離は、一方側ではＰ４となし、他方側ではＰ５としている。そして、電気絶縁部材１１には、その本体部１１ａの上に板状導電体１０の配線形成部１０ａを当接させて、各端子部１０ｂ，１０ｃが欠落部１１ｃ内に位置させるようにして接着等の手段で固着することによって、板状導電体１０と電気絶縁部材１１との組立体が積層状態にして２組構成される。
【００２２】
以上のようにして形成したこれら２つの組立体の一方を、その長手方向、つまり上下を反転させた上で、両組立体を背中合わせに接着することによって、図６に示したように、上下一対の給電路５，５が構成される。ここで、給電路５における沿面距離は、同図に点線の矢印で示したように、即ち板状導電体１０Ｕの配線形成部１０ａと板状導電体１０Ｌの入力側端子１０ｂとの間、板状導電体１０Ｌの配線形成部１０ａと板状導電体１０Ｕの入力側端子１０ｂとの間、板状導電体１０Ｕの配線形成部１０ａと板状導電体１０Ｌの出力側端子１０ｃとの間、板状導電体１０Ｌの配線形成部１０ａと板状導電体１０Ｕの入力側端子１０ｃとの間における距離の最小値である。従って、この沿面距離は、電気絶縁部材１１の沿面距離形成部１１ｂの幅寸法に依存する。従って、この沿面距離形成部１１ｂの長さを適宜設定することによって、回路における配線インダクタンス６が最適となるように設定することができる。
【００２３】
以上により給電路５が構成されるが、この給電路５の入力側には、間に電気絶縁部材１１を介して入力側端子部１０ｂ，１０ｂが延在されており、これらの入力側端子部１０ｂはコンデンサ４に一対設けた接続部２０ａ，２０ａに接続される。この接続のために、図２や図４に示したように、両端子部１０ｂにはそれぞれ貫通孔２１，２１が形成されており、これら貫通孔２１には図６に示したように、導電性ねじ２２を螺挿されており、端子部１０ｂ，１０ｂが接続部２０ａ，２０にａに電気的に接続される。また、給電路５の出力側には上下に３箇所、合計６箇所の端子部１０ｃが設けられており、これらの端子部１０ｃはスイッチング素子３にそれぞれ一対設けた接続部２０ｂ，２０ｂに電気的に接続される。この接続態様も、端子部１０ｂと同様、端子部１０ｂに設けた貫通孔２１に導電性ねじ２５を螺挿することにより行われる。一方、各スイッチング素子３の他端には引き出し用の配線２６（図２，図３参照）が接続される。
【００２４】
以上のように、同じ積層構造とした板状導電体１０と電気絶縁部材１１とをそれぞれ２組用いることによって、給電路５が形成され、部品点数を少なくでき、しかも沿面距離形成部１１ｂの長さを調整することによって、容易に沿面距離の調整を図ることができ、給電路５に最適の特性を持たせることができる。しかも、板状導電体１０に設けられる複数の端子部は相互に干渉することなく配置できるようになる。
【００２５】
従って、電気絶縁部材１１における沿面距離形成部１１ｂの長さを適宜設定することにより、非積層部の増大、即ち寄生インダクタンスを増加なしに沿面距離を適正に設定することができる。例えば、図７に示したように、沿面距離形成部１１ｂの長さを短縮すれば、その分だけ沿面距離が短くなる。即ち、電気絶縁部材１１の長さ寸法に基づいて、所望の沿面距離を持たせるようにすることができる。
【００２６】
ここで、前述した実施の形態では、電気絶縁部材１１を構成する沿面距離形成部１１ｂを板状導電体１０側に折り返して密着させるようにしているが、沿面距離形成部１１ｂを板状導電体１０に全面的に密着させることは必須のものではなく、図８に示したように、電気絶縁部材１１の沿面距離形成部１１ｂを概略直角に折り曲げるようにしても、前述した第１の実施の形態と同様の沿面距離を形成することができる。
【００２７】
さらに、図９乃至図１１は本発明の第３の実施の形態を示すものである。この実施の形態では、図９に示したように、２枚の板状導電体１００と２枚の電気絶縁部材１１０とを積層させることによって給電路１２０が構成される。板状導電体１００の両側部のうち、一方側では１箇所、他方側では３箇所の打ち抜き部１００ａが形成されており、また電気絶縁部材１１０側の左右両側部にあっては、一方側に１箇所、反対側では３箇所のＴ字状切込１１１が形成されている。そして、板状導電体１００は、電気絶縁部材１１０より寸法Ｅ分だけ大きくなっており、これら板状導電体１００と電気絶縁部材１１０とを積層させて、給電路１２０を形成したときに、板状導電体１１０の端部が露出することがないようにしている。
【００２８】
そして、図１０に示したように、２枚の板状導電体１００と電気絶縁部材１１０とを交互に積層して給電路１２０を構成したときには、配線形成部１００ａとして機能する部位と、１箇所の入力側端子部１００ｂとして機能する部位と、３箇所の出力側端子部１００ｃとして機能する部位とが形成される。
【００２９】
一方、電気絶縁部材１１０において、各端子部１００ｂ，１００ｃをスイッチング素子３やコンデンサ４といった電子部品に接続し、端子部１００ｂ，１００ｃ以外がこれら電子部品と接続することがないようにするために、給電路１２０における端子部１００ｂ，１００ｃ以外を電気的にシールするために、シール領域１１１が形成されている。シール領域１１１は電気絶縁部材１１０に形成したＴ字状切込１１２を側方に向けて折り返した切込折曲部を形成することにより形成される。従って、図１０において、細い点線で示した谷折り線及び太い点線で示した山折り線に沿って折り曲げるようにする。
【００３０】
このように構成することによって、給電路１２０をスイッチング素子３及びコンデンサ４からなる電子部品に電気的に接続するに当っては、図１１に示したように、導電ねじ１３０ａ，１３０ｂを用いて行われる。導電ねじ１３０ａ，１３０ｂは板状導電体１００及び電気絶縁部材１１２に穿設した貫通孔１４０，１４１に挿通されて、電子部品側の接続部と接続されることになる。従って、この給電路１２０における沿面距離は、同図に一点鎖線矢印で示したように、板状導電体１００と導電ねじ１３０ａ，１３０ｂとの間、即ち２枚の板状導電体１００の上面同士の間、或いは下面同士の間のいずれかとなり、いずれの場合もシール領域１１１により電気的にシールされることになる。
【符号の説明】
【００３１】
１三相誘導モータ２三相出力インバータ
３スイッチング素子４コンデンサ
５，１２０給電路６配線インダクタンス
１０，１００板状導電体１０ａ配線形成部
１０ｂ，１１０ｂ入力側端子部１０ｃ，１１０ｃ出力側端子部
１１，１１０電気絶縁部材１１ａ本体部
１１ｂ沿面距離形成部１１ｃ欠落部
２０ａ，２０ｂ接続部２１，２４貫通孔
２２，１３０ａ，１３０ｂ導電ねじ１１１シール領域
１１２Ｔ字状切込

【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚の板状導電体をシート状の電気絶縁部材を介して積層した積層構造部材からなり、前記両板状導電体に複数の端子部を設けて、これら各端子部を電子部品の接続部に電気的に接続する構成とした電力変換装置において、
前記両板状導電体は、幅寸法を略同一として相対向するように配設され、前記絶縁部材上に位置する配線形成部と、これら配線形成部の端部から張り出した複数の端子部とから構成され、
前記電気絶縁部材は、前記板状導電体の幅寸法より大きくして、前記２枚の板状導電体間に介装されており、かつ前記電気絶縁部材には、前記板状導電体を積層させた状態にして覆う本体部と、一方の板状導電体の配線形成部と他方の板状導電体の端子部との間に沿面距離を設定する沿面距離形成部が形成され、この沿面距離形成部には、前記板状導電体の前記各端子部が張り出している部位に欠落部が形成され、
前記沿面距離形成部は前記欠落部の位置で前記いずれかの板状導電体側に向けて折り曲げる
構成としたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記欠落部は、切り欠きにより形成するか、またはスリット状の切込部を形成して、この切込部の両側を折り曲げた切込折曲部とで形成したことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電気絶縁部材は２層構造となし、各々の電気絶縁部材のそれぞれの沿面距離形成部は相互に反対方向に向けて折り返す構成としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記各端子部が接続される電子部品の一方はコンデンサであり、他方はトランジスタ素子であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電力変換装置。

【図１】