JP2005012940A

JP2005012940A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2005012940A
Application number: JP2003175294A
Authority: JP
Inventors: Nobumitsu Tada; 伸光田多; Toshiharu Obe; 利春大部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】直流平滑コンデンサからパワー半導体素子までの配線部分に寄生するインダクタンスを低減し得、小形で信頼性が高いインバータ装置の提供。
【解決手段】コンデンサモジュール１は、複数のコンデンサエレメント１１Ａ，１２Ａ，１３Ａを、正負の結線導体５２，６２により並列に接続すると共に一端をコンデンサ正負端子としてなる３つのエレメント対をケース４に内蔵してなり、コンデンサ正負端子１１２〜１１４と半導体モジュール２の正負端子１０２〜１０４，２０２〜２０４との間を接続する正負の絶縁積層導体５，６を備える。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流平滑回路を構成するコンデンサモジュールと、三相インバータや単相インバータの全相もしくは一相分の逆変換回路を構成するパワー半導体モジュールとを、同一の筐体に収納したインバータ装置に係り、特に、電気自動車用など比較的装置容量が小さく且つ小形で高い信頼性が求められるインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギー資源の有効活用や地球環境保護のためインバータ装置の重要性が大きくなると共にインバータ装置への小形化、高信頼性化のニーズも増している。インバータ装置の小形化、高信頼性化を図るためには、主変換部のパワー半導体素子を効率良く利用することが不可欠である。すなわち、素子の電圧、電流などの通電定格の許容上限値にできるだけ近い値まで通電できることが望ましい。
【０００３】
しかしながら、実際には素子の製造ばらつきや外部回路要因などのため、通電電流・電圧に安全マージンを加味した装置構成とする必要がある。外部回路要因として、直流平滑コンデンサからパワー半導体素子に至る回路インダクタンスによって発生するスイッチングサージ電圧がある。素子に印加できる最大電圧からサージ電圧分を差し引いた値が実際に通電できる電圧になるので、発生サージ電圧を小さく抑制すれば、実際に通電できる電圧を大きくすることができる。
【０００４】
素子のターンオフ時のスイッチングサージ電圧ΔＶ（単位Ｖ）は、回路インダクタンスをＬ（単位Ｈ）、電流変化率をｄｉ／ｄｔ（単位Ａ／ｓ）とすると、
ΔＶ＝−Ｌ・ｄｉ／ｄｔ
で表される。素子はスイッチング速度向上を指向しており、電流変化率を抑制することは好ましくないので、素子の効率を図るためには、インダクタンスＬを低減することが重要である。
【０００５】
回路インダクタンス低減のためには、直流平滑コンデンサの内部配線、パワー半導体素子の内部配線、およびコンデンサから素子に至る外部配線に寄生するインダクタンスを小さくする必要がある。それには、コンデンサや素子の内部配線形状、相互の位置関係、外部配線形状が重要な要素であり、様々な構成や構造が提案されている。
【０００６】
例えば、電気自動車用に適用されるインバータ装置において、スイッチングユニット、コンデンサ及び冷却ブロックとの配置関係と、コンデンサの充放電端子を工夫することにより、接続導体の長さを短縮して、インダクタンスの低減を図るものが知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
また、同様に、電気自動車用に適用されるインバータ装置において、インバータの上部に扁平形コンデンサを設けることで、両者の接続ラインのインダクタンスを低減するものが知られている（特許文献２参照）。
【０００８】
この種のインバータ装置の従来例を、図１０〜図１６を用いて説明する。図１０は三相インバータ装置の回路図で、直流平滑回路と逆変換回路の部分を示したものである。図１１は、装置構成を加味して図１０を若干書き換えたもので、内容は図１０と同じである。図１２は図１１の回路図に対応するインバータ装置構成を示す立体図である。図１３は図１２の構成を補足説明する分解図であり、図１４は図１３を補足する部分分解図である。また、図１５はコンデンサモジュールの内部を示した平面図、図１６は、コンデンサから素子までの外部配線形状を示した平面図である。
【０００９】
図１０において、平滑コンデンサ１０が直流平滑回路の主要部品であり、スイッチングデバイス２１〜２６および各スイッチングデバイスに逆並列に接続されたダイオード３１〜３６で逆変換回路を構成している。装置容量が比較的小さい場合、スイッチングデバイスおよびダイオードはモジュールとして１個の部品にまとめられる。図１１は、そのような場合の装置構成を示した回路図であり、コンデンサモジュール１、パワー半導体モジュール２およびそれら相互間の配線形態を示したものである。
【００１０】
図１１において、直流平滑コンデンサの内部配線に寄生するインダクタンスは、回路図上でコンデンサモジュール１のコンデンサ正側端子１０１〜コンデンサ負側端子２０１間のインダクタンスに相当し、これを小さくする構成が求められる。また、パワー半導体素子に寄生するインダクタンスは、Ｗ相の場合、Ｗ相の素子正側端子１０４〜Ｗ相の素子負側端子２０４間のインダクタンスに相当する。またＵ相、Ｖ相の場合も同様に、正側端子１０２〜負側端子２０２間、正側端子１０３〜負側端子２０３間のインダクタンスに相当し、すべての相のインダクタンスを小さくする構成が求められる。
【００１１】
さらに、コンデンサから素子に至る外部配線に寄生するインダクタンスは、Ｗ相の場合、コンデンサモジュール１の正側端子１０１〜パワー半導体モジュール２のＷ相正側端子１０４間と、コンデンサモジュール１の負側端子２０１〜パワー半導体モジュール２のＷ相負側端子２０４間との、配線に寄生するトータルのインダクタンスに相当し、図１１に太線で示した部分に当たる。Ｕ相、Ｖ相の場合も同様であり、すべての相のインダクタンスを均等に小さくする構成が求められる。
【００１２】
図１２は、図１１の回路に対応するインバータ装置の構成例である。パワー半導体モジュール２は通電時に発生する熱を放熱するため、冷却器であるヒートシンク３に搭載されている。コンデンサモジュール１には、耐熱性に優れたフィルムコンデンサエレメント１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ〜１３Ｃが、例えばＰＰＳ（ポリ・フェニレン・サルファイト）樹脂製のコンデンサケース４に収納されている。コンデンサモジュール１〜パワー半導体モジュール２間は、正側接続導体５および負側接続導体６で接続されている。
【００１３】
図１３は図１２の分解図であり、ここではヒートシンクの記載を省略している。コンデンサエレメント１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ〜１３Ｃは正側結線導体５０と負側結線導体６０で並列接続されている。正側結線導体５０の端部にはコンデンサ正側端子１０１が、負側結線導体６０の端部にはコンデンサ負側端子２０１が形成されている。正側導体５は、コンデンサ正側端子１０１とパワー半導体モジュール２の各相の正側端子１０２，１０３，１０４を接続し、負導体６は同様にコンデンサ負側端子２０１とパワー半導体モジュール２の各相の負側端子２０２，２０３，２０４を接続するものであり、各端子部に六角ボルト７で固定されている。
【００１４】
図１４は図１３の部分分解図であり、コンデンサモジュール１の各構成部品、特に正側結線導体５０と負側結線導体６０の形状を明示した図である。
【００１５】
図１５（ａ）はコンデンサモジュール１の平面図であり、図１５（ｂ）は同側面図であり、この図に示すように、コンデンサケース４にコンデンサエレメント１１Ａ他が正側結線導体５０と負側結線導体６０とで並列接続された状態で収納され、コンデンサケース４の空間に例えばポリウレタン樹脂製の封止材８を充填することでモールドされている。
【００１６】
図１６（ａ）は正側導体５の形状の一例を示した平面図、図１６（ｂ）は負側導体６の形状の一例を示した平面図であり、厚さ２ｍｍの銅などの電気良導体材料で形成され、図１２に示したように相互の間隔を小さく（例えば１ｍｍ）保持できるように図示していない絶縁材を介して積層している。
【００１７】
【特許文献１】
特開平７−２９８６４１号公報
【００１８】
【特許文献２】
特開２０００−１５２６６２号公報
【００１９】
【発明が解決しようとしている課題】
上述した従来のインバータ装置には次ような課題がある。
【００２０】
上述のインバータ装置は、コンデンサ１からパワー半導体素子に至る外部配線に寄生するインダクタンスを小さくすることを目的として、コンデンサモジュール１の正側端子１０１、負側端子２０１と、パワー半導体モジュール２の正側端子１０２，１０３，１０４、負側端子２０２，２０３，２０４との距離が近くなるようにコンデンサモジュール１とパワー半導体モジュール２を配置し、絶縁積層した正側導体５と負側導体６とで、正負端子間を接続したものである。
【００２１】
互いに逆向きの電流が流れる二個の導体は、絶縁したうえ積層すれば、負の相互インダクタンスが発生し、自己インダクタンスを相殺できることが知られている。
【００２２】
上述のインバータ装置においても、この効果を期待して端子の配置や導体形状を設定している。両導体の幅が広く、両導体の間隔が小さく、さらに積層部分の距離が大きければ、大きなインダクタンス相殺効果が得られる。
【００２３】
しかし、導体端部の端子接続部では、接触抵抗の抑制や耐機械振動の配慮のため、例えばボルト締結により適正な機械的結合状態を確保する必要がある。端子接続部では、ボルトの頭が突出し、さらに接触部まわりは絶縁が困難なうえ気中絶縁に必要な絶縁距離を確保する必要がある。そのため端子接続部付近は、導体を絶縁積層することがほぼ不可能である。
【００２４】
図１６は、正側導体５と負側導体６の形状例を示した平面図である。正側導体５にはコンデンサ正側接続部１０１ＡからＷ相素子正側接続部１０４Ａまでの電流経路を、負側導体６にはＷ相素子負側接続部２０４Ａからコンデンサ負側接続部２０１Ａまでの電流経路を、それぞれ矢印で示した。
【００２５】
図１６より分るように、電流経路において、逆向きの電流が実際に積層状態となっている部分は、図に斜線を記入した部分であり、全体からみとる少ない。従って、上述のような導体端子接続部の制約のため、正負導体を絶縁積層する構成を採用したとしても、大きなインダクタンス相殺効果を得ることができない。
【００２６】
例えば、導体を厚さ２ｍｍの銅などの電気良導体材料で形成し、導体の相互間隔を１ｍｍとした場合、図１６に図示した電流経路のインダクタンス解析値は、
自己インダクタンス：４２．７ｎＨ（正側、負側とも同値）
相互インダクタンス：−２１．６ｎＨ
トータルインダクタンス：（４２．７−２１．６）×２＝４２．２ｎＨ
となる。なお、Ｕ相の場合も同等の値になる。
【００２７】
一方、Ｖ相の場合は値が異なる。正側導体５の電流経路はコンデンサ正側接続部１０１ＡからＶ相素子正側接続部１０３Ａまで、負側導体６の電流経路はＶ相素子負側接続部２０３Ａからコンデンサ負側接続部２０１Ａまでとなる。Ｗ相やＵ相の場合と異なり導体に積層部分がないものの、コンデンサと素子との両端子間距離が小さいため電流経路長は他相より小さい。Ｖ相の場合のインダクタンス解析値は、
自己インダクタンス：１６．４ｎＨ（正側、負側とも同値）
相互インダクタンス：−５．０ｎＨ
トータルインダクタンス：（１６．４−５．０）×２＝２２．８ｎＨ
となる。絶縁積層していないものの、電流の向きがお互いに逆のため、負の相互インダクタンスが発生している。
【００２８】
上記の解析値によれば、Ｗ相とＵ相インダクタンスのＶ相インダクタンスに対する比は、１８５％であり、Ｗ，Ｕ相はＶ相より８５％も大きい。このため、Ｖ相のインダクタンスは小さいものの、大きい方のＷ，Ｕ相インダクタンス値を基準にして装置を構成しなければならない。すなわちインダクタンスが大きいため、それに比例する発生サージ電圧が大きくなり、その結果、実際に通電できる電圧が小さくなる。通電可能電圧の制約は相対的に装置の大形化を招く。また、大きなサージ電圧の繰り返しは素子への電気的ストレス蓄積となるため、信頼性が低下する。
【００２９】
本発明の目的は、直流平滑コンデンサからパワー半導体素子までの配線部分に寄生するインダクタンスを低減し得、小形で信頼性が高いインバータ装置を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、パワー半導体モジュールと、コンデンサモジュールとを備え、前記半導体モジュールと前記コンデンサモジュールとの直流端子間を接続してなるインバータ装置において、
前記コンデンサモジュールは、複数のコンデンサエレメントと、この複数のコンデンサエレメントを並列に接続すると共に一端をコンデンサ正負端子とした正負の結線導体と、この正負の結線導体及び前記複数のコンデンサエレメントからなるエレメント対を複数備えてなり、
前記コンデンサ正負端子と前記半導体モジュールの正負端子との間を接続する正負の絶縁積層導体を備えることを特徴とする。
【００３１】
本発明によれば、絶縁積層導体はコンデンサ正負端子と半導体モジュールの正負端子とを接続するので、各相におけるコンデンサ正負端子と半導体モジュールの正負端子との給電経路はほぼ同じとなり、しかも複数のエレメント対は並列接続したものとなるため、全ての相のインダクタンスは均等且つ小さいものとすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３３】
（第１の実施形態：請求項１〜３に対応）
本発明の第１の実施形態について図１、図２、図３を用いて説明する。
【００３４】
図１は、本発明の第１の実施形態のインバータ装置の立体図であり、従来のインバータ装置の図１２に対応している。図２は図１の分解図であり、従来のインバータ装置の図１３に対応し、ここでは冷却器であるヒートシンクの記載を省略している。図３はコンデンサモジュールに収納した１相分のコンデンサエレメントと、正側結線導体、負側結線導体の形状とを示した分解図である。
【００３５】
図３において、３個のコンデンサエレメント１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを、正側接続端子１１４を有する正側結線導体５４と、負側接続端子２１４を有する負側結線導体６４で並列接続されてコンデンサエレメント対を構成している。
【００３６】
図２において、図３に示した３組のエレメント対が、例えばＰＰＳ樹脂製のコンデンサケース４−１に収納され、図示しない例えばポリウレタン樹脂製の封止材で絶縁封止されてコンデンサモジュール１−１を構成している。
【００３７】
正側導体５−１には、素子正側接続部１０２Ａ，１０３Ａ，１０４Ａとともにコンデンサ正側接続部１１２Ａ，１１３Ａ，１１４Ａが形成されている。また側導体６−１には、素子負側接続部２０２Ａ，２０３Ａ，２０４Ａとともにコンデンサ負側接続部２１２Ａ，２１３Ａ，２１４Ａが形成されている。そしてコンデンサモジュール１−１の各端子と、パワー半導体素子２の各端子間が、正側導体５−１と負側導体６−１とで接続されている。図１は各部品が結合した状態を示す。
【００３８】
正側導体５−１と負側導体６−１は、正負の絶縁積層導体であり、例えば厚さ２ｍｍの銅などの電気良導体材料で形成され、図１に示したように相互の間隔を小さく（例えば１ｍｍ）保持できるように図示していない絶縁材を介して積層している。このような正負の絶縁積層導体は、先に述べたように、負の相互インダクタンスが発生し、自己インダクタンスを相殺できることが知られており、好ましくは、両導体の幅を広くし、両導体の間隔を小さくし、さらに積層部分の距離を大きくすることで、大きなインダクタンス相殺効果が得られる。
【００３９】
このようにインバータ装置を構成した場合、正側導体５−１と負側導体６−１は、コンデンサ正負端子から半導体モジュールの正負端子への給電経路を形成するとともに、コンデンサケース４の内部ではお互いに連結されていない３組のコンデンサエレメント対を並列に接続する役割も果たすことになる。
【００４０】
ここで、Ｗ相について、コンデンサモジュールからパワー半導体モジュールまでの配線経路に検討する。Ｗ相に対する配線経路は、コンデンサモジュール１の正側端子１１４〜パワー半導体モジュールの負側端子１０４間および負側端子２０４〜負側端子２１４間、もしくは正側端子１１３〜正側端子１０４間および負側端子２０４〜負側端子２１３間、もしくは正側端子１１２〜正側端子１０４間および負側端子２０４〜負側端子２１２間の３組となる。
【００４１】
これら３組の経路のうち、正側端子１１４〜負側端子１０４間および負側端子２０４〜負側端子２１４間の経路が、最もインダクタンスが小さく、従来の構成で示したＶ相のインダクタンス（解析値：トータルで２２．８ｎＨ）と同等である。
【００４２】
また、Ｕ相のコンデンサモジュールからパワー半導体モジュールまでの配線経路についても、同様に３組となり、正側端子１１２〜負側端子１０２間および負側端子２０２〜負側端子２１２間の経路が最もインダクタンスが小さく、従来の構成で示したＶ相のインダクタンス（解析値：トータルで２２．８ｎＨ）と同等である。
【００４３】
さらに、Ｖ相について、コンデンサモジュールからパワー半導体モジュールまでの配線経路についても、同様に３組となり、正側端子１１３〜負側端子１０３間および負側端子２０３〜負側端子２１３間の経路が最もインダクタンスが小さく、従来の構成のＶ相インダクタンス（解析値：トータルで２２．８ｎＨ）と同等である。
【００４４】
以上のように、本実施形態によれば、コンデンサモジュール１−１を構成する複数のエレメント対を並列接続し、絶縁積層導体である正側導体５−１と負側導体６−１により、コンデンサ正負端子と半導体モジュールの正負端子とを接続するので、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相いずれの相についてもコンデンサモジュール１−１からパワー半導体モジュール２の各素子までのインダクタンスを同等且つ小さい値に抑制することができ、小形で信頼性が高いインバータ装置が提供できる。
【００４５】
（第２の実施形態：請求項４に対応）
次に、本発明の第２の実施形態を、図１〜図３と同一部分には同一符号を付した図４を参照して説明する。図４は、第１の実施形態で示したインバータ装置のコンデンサモジュール１−２の部分を取り出して示した立体図である。
【００４６】
図４において、正側導体５−２と負側導体６−２をコンデンサケース４−２に内蔵し、該ケース４−２の内部で各相の正側結線導体５２−１，５３−１，５４−１の片端を正側導体５−２に直接接続し、各相の負側結線導体６２−１，６３−１，６４−１の片端を負側導体６−２に直接接続している。
【００４７】
具体的には、コンデンサケース４−２に収納する前に、正側導体５−２、負側導体６−２及び各相の正側結線導体５２−１，５３−１，５４−１を一体で形成するか、又は正側導体５−２、負側導体６−２及び各相の正側結線導体５２−１，５３−１，５４−１を互いにロー付けなどの手段で接合する形態を採る。
【００４８】
なお、正側導体５−２と負側導体６−２は第１の実施形態と同様に積層配置されており、この部分はコンデンサエレメントと同様に図示していない封止材で絶縁モールドされている。
【００４９】
このような構成の本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果が得られるほか、次のような格別の効果も得られる。
【００５０】
すなわち、図４のようにコンデンサモジュール１−２を構成した場合、第１の実施の形態では必要であった、図２における正側導体５、負側導体６と、コンデンサモジュール１の正負端子間をボルトで締結する必要がなくなる。
【００５１】
また第１の実施形態では、充電したボルト頭部まわりには、近接して別部品を配置することができないのに対して、ボルトが不要になったため、空いたスペースを別部品の設置スペースなどに転用できる。逆に言えば、転用スペース分の小形化が可能になる。
【００５２】
さらに、正側導体５−２と負側導体６−２をコンデンサエレメント１−２と同時に封止できるので、組立工数削減とともに、製造コストを低減することができる。
【００５３】
（第３の実施の形態：請求項５に対応）
次に、本発明の第３の実施形態を、図１〜図３と同一部分には同一符号を付した図５を参照して説明する。図５も同様に、第１の実施形態で示したインバータ装置におけるコンデンサモジュール１−１の部分を取り出して示した立体図である。
【００５４】
図５において、結線導体の正側端子および負側端子の配列を、負側端子２１２、正側端子１１２、正側端子１１３、負側端子２１３、負側端子２１４、正側端子１１４の順になるように、コンデンサエレメント対をコンデンサケース４−１に収納する。すなわち、エレメント対の隣接部では、結線導体の正負極性が同じになるように構成したものである。
【００５５】
このような構成の本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果が得られるほか、次のような格別の効果も得られる。すなわち、このようにコンデンサモジュール１−１を構成した場合、正側端子１１２と正側端子１１３、負側端子２１３と負側端子２１４は、各々同じ極性であるため気中絶縁のための離隔距離確保が不要になる。そのため、端子相互間の間隔を縮小することができ、その結果コンデンサモジュール１−１の体積を縮小することができる。すなわち、インバータ装置を小形化することができる。
【００５６】
（第４の実施の形態：請求項６に対応）
次に、本発明の第４の実施形態を、図１〜図３と同一部分には同一符号を付した図６を参照して説明する。
【００５７】
図６も図４，図５と同様に、第１の実施形態で示したインバータ装置におけるコンデンサモジュール１−３の部分を取り出して示した立体図である。図６において、コンデンサケース４−３には、エレメント対の相互間を間仕切る隔壁４１，４２が形成されている。この隔壁４１，４２は、コンデンサケース４−３を製作する工程で、例えば射出成形法などにより一体で形成する。
【００５８】
このようにコンデンサモジュール１−３を構成した場合、コンデンサケース４−３には、３個の小部屋が形成され、各部屋にコンデンサエレメント対が１組ずつ収納され、各々図示しない封止材で絶縁モールドされることになる。第１の実施形態では、コンデンサケース４−１全体を封止材８で絶縁モールドしていたのに対し、本実施形態では、ケース全体の１／３の容積を３箇所、絶縁モールドする形態となる。
【００５９】
また、２個の隔壁４１，４２があるため、絶縁モールド１箇所分の容積が１／３になり、ケース４−３と封止材８の接着面積が、従来例である図１５に示す従来例又は先の実施形態に比べて、隔壁４１，４２の両表面分だけ増加する。
【００６０】
このような構成の本実施形態によれば、先の実施形態と同様の作用効果が得られるほか、次のような格別の効果も得られる。すなわち、封止材８のコンデンサケース４との接着強度がより増大し、コンデンサモジュール１−３の周囲温度の増大や、使用時の温度サイクル変化量の増大に対しても、経時劣化で接着部からクラックが入る可能性が低減する。その結果エレメントの絶縁性能が阻害される可能性も少なくなり、エレメントの寿命短縮や封止材の経時劣化を抑制できることから、インバータ装置の信頼性は向上する。
【００６１】
（第５の実施の形態：請求項７に対応）
次に、本発明の第５の実施形態を、図６と同一部分には同一符号を付した図７を参照して説明する。
【００６２】
図７も図４〜図６と同様に、インバータ装置におけるコンデンサモジュール１の部分を取り出して示した立体図である。
【００６３】
図７において、コンデンサケース４−４には、エレメント対相互間を間仕切る隔壁４１，４２に加え、コンデンサケース４−４の開口表面付近に、エレメント対の並列結線したエレメント相互間を部分的に間仕切る、部分隔壁４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ，４５Ａ，４５Ｂが形成されている。
【００６４】
第４の実施形態の隔壁４１，４２と同様に、これらの部分隔壁４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ，４５Ａ，４５Ｂもコンデンサケース４−４を製造する工程で、射出成形法などにより一体で形成する。
【００６５】
このような構成の本実施形態によれば、先の実施形態と同様の作用効果が得られるほか、次のような格別の効果も得られる。すなわち、本実施形態のようにコンデンサモジュールを構成すると、コンデンサケース４−４の開口表面付近でケース４−４と封止材の接着面積を部分隔壁の分だけさらに大きくすることができる。その結果、経時劣化で接着部からクラックが入る可能性がさらに低減し、エレメントの絶縁性能が阻害される可能性もより少なくなり、一層、エレメントの寿命短縮や封止材の経時劣化を抑制できることから、インバータ装置の信頼性を高くなる。
【００６６】
（第６の実施の形態：請求項８に対応）
次に、本発明の第６の実施形態を、図８を参照して説明する。
【００６７】
図８も図４〜図７と同様に、インバータ装置におけるコンデンサモジュール１の部分を取り出して示した立体図である。図８において、コンデンサケース４の外囲器４Ａを例えばアルミニウムなどの熱伝導率の大きい材料で形成し、コンデンサ端子台４Ｂを例えばＰＰＳ樹脂などの絶縁材料で形成したものである。
【００６８】
なお、コンデンサ対は、コンデンサケース外囲器４Ａ内に、図示しない封止材で絶縁モールドされている。
【００６９】
このような構成の本実施形態によれば、先の実施形態と同様の作用効果が得られるほか、次のような格別の効果も得られる。すなわち、本実施形態のようにコンデンサモジュールを構成すると、コンデンサケース外囲器４Ａの熱伝導率が大きいため、外囲器表面の温度差が小さくなり、有効放熱面積が増加する。そのため、コンデンサエレメントの温度上昇が低減し、その結果エレメントの長寿命化が図られ、この点でインバータ装置の信頼性は向上する。
【００７０】
（第７の実施の形態：請求項９に対応）
次に、本発明の第７の実施形態を、図９を参照して説明する。
【００７１】
図９も図４〜図８と同様に、第７の実施の形態のインバータ装置の立体図である。第６の実施形態で示したものと同様に、コンデンサケースの外囲器４Ａを熱伝導率の大きい材料で形成し、コンデンサ正負端子台４Ｂを絶縁材料で形成したうえ、コンデンサモジュール１を、冷却器３に搭載している。図９では、パワー半導体モジュール２と一緒に冷却器３に搭載している。ただし、別個の冷却器を用意しても良い。
【００７２】
このような構成の本実施形態によれば、先の実施形態と同様の作用効果が得られるほか、次のような格別の効果も得られる。すなわち、本実施形態のようにコンデンサモジュールを冷却器に搭載すると、コンデンサエレメントの発熱を、図示しない封止材、ケース外囲器４Ａを介して冷却器３で放熱することができる。そのため、外囲器表面の温度差が小さくなり、有効放熱面積が増加する。その結果、コンデンサエレメントの温度上昇を大きく低減することができ、エレメントの寿命がさらに増大する。
【００７３】
なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、直流平滑コンデンサからパワー半導体素子までの配線部分に寄生するインダクタンスを低減し、かつ平滑コンデンサに内蔵したエレメントの寿命を大きくし、エレメントの封止材の経時劣化を抑制することが可能な構造を実現し、小形で信頼性が高いインバータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のインバータ装置の立体構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態のインバータ装置の分解図。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるコンデンサモジュールに収納した１相分のコンデンサエレメントと、正側結線導体、負側結線導体とを示した分解図。
【図４】本発明の第２の実施形態のインバータ装置におけるコンデンサモジュールの部分を示した立体図。
【図５】本発明の第３の実施形態のインバータ装置におけるコンデンサモジュールの部分を示した立体図。
【図６】本発明の第４の実施形態のインバータ装置におけるコンデンサモジュールの部分を示した立体図。
【図７】本発明の第５の実施形態のインバータ装置におけるコンデンサモジュールの部分を示した立体図。
【図８】本発明の第６の実施形態のインバータ装置におけるコンデンサモジュールの部分を示した立体図。
【図９】本発明の第７の実施形態のインバータ装置の立体構成図。
【図１０】三相インバータ装置の直流平滑回路と逆変換回路の部分を示した回路図。
【図１１】装置構成を加味した三相インバータ装置の直流平滑回路と逆変換回路の部分を示した回路図。
【図１２】従来のインバータ装置の立体構成図。
【図１３】従来のインバータ装置の分解図。
【図１４】従来のインバータ装置におけるコンデンサモジュールの部分の分解図。
【図１５】従来のインバータ装置におけるコンデンサモジュールの内部を示した平面図。
【図１６】従来のインバータ装におけるコンデンサから素子までの外部配線の形状を示した平面図。
【符号の説明】
１−１，１−２，１−３，１−４…コンデンサモジュール、２…パワー半導体モジュール、３…ヒートシンク、４−１，４−２，４−３，４−４…コンデンサケース、４Ａ…外囲器、４Ｂ…コンデンサ端子台、５−１，５−２…正側導体、６−１，６−２…負側導体、７…六角ボルト、８…封止材、１０…直流平滑コンデンサ、１１Ａ〜１１Ｃ，１２Ａ〜１２Ｃ，１３Ａ〜１３Ｃ…コンデンサエレメント、２１〜２６…スイッチングデバイス、３１〜３６…ダイオード、４１，４２…隔壁、４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ，４５Ａ，４５Ｂ…部分隔壁、５０，５２−１，５２Ａ，５３−１，５３Ａ，５４−１，５４Ａ…正側結線導体、６０，６２−１，６２Ａ，６３−１，６３Ａ，６４−１，６４Ａ…負側結線導体、１０１、１１２，１１３，１１４…コンデンサ正側端子、１０１Ａ，１１２Ａ，１１３Ａ，１１４Ａ…コンデンサ正側接続部、１０２，１０３，１０４…素子正側端子、１０２Ａ，１０３Ａ，１０４Ａ…素子正側接続部、２０１，２１２，２１３，２１４…コンデンサ負側端子、２０１Ａ，２１２Ａ，２１３Ａ，２１４Ａ…コンデンサ負側接続部、２０２，２０３，２０４…素子負側端子、２０２Ａ，２０３Ａ，２０４Ａ…素子負側接続部。

Claims

パワー半導体モジュールと、コンデンサモジュールとを備え、前記半導体モジュールと前記コンデンサモジュールとの直流端子間を接続してなるインバータ装置において、
前記コンデンサモジュールは、複数のコンデンサエレメントと、この複数のコンデンサエレメントを並列に接続すると共に一端をコンデンサ正負端子とした正負の結線導体と、この正負の結線導体及び前記複数のコンデンサエレメントとからなるエレメント対を複数備えてなり、
前記コンデンサ正負端子と前記半導体モジュールの正負端子との間を接続する正負の絶縁積層導体を備えることを特徴とするインバータ装置。
前記半導体モジュールは複数の相からなると共に当該相毎に正負端子を有し、前記コンデンサモジュールは前記相に対応した数のエレメント対を有することを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
前記コンデンサモジュールは、前記複数組のエレメント対を内蔵するコンデンサケースを備えることを特徴とする請求項１又は２記載のインバータ装置。
前記絶縁積層導体を、前記コンデンサケースに内蔵すると共に前記結線導体の一端を前記コンデンサケース内で前記絶縁積層導体に直接接続したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のインバータ装置。
前記複数のエレメント対を、隣接する結線導体の正負極性が同じになるように前記コンデンサケースに収納したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載のインバータ装置。
前記コンデンサケースに、前記エレメント対相互間を間仕切りする隔壁を形成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載のインバータ装置。
前記コンデンサケースの開口表面付近に、前記エレメント対の並列結線したエレメント相互間を間仕切りする部分隔壁を形成したことを特徴とする請求項６記載のインバータ装置。
前記コンデンサケースを、外囲器は熱伝導率の大きい材料で形成し、コンデンサ端子台は絶縁材料で形成したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項記載のインバータ装置。
前記コンデンサケースを、冷却器に搭載したことを特徴とする請求項８記載のインバータ装置。