JP5740986B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング回路によって電力変換を行う電力変換装置に関する。

従来、ＩＧＢＴなどの半導体スイッチを有するスイッチング回路によって電力変換を行う電力変換装置が知られている。例えば、かかる電力変換装置として、スイッチング回路によって直流電圧を交流電圧へ変換して出力する電圧形インバータが知られている。

かかる電力変換装置においては、直流電源とスイッチング回路との間に、電圧を平滑する平滑コンデンサが設けられる（例えば、特許文献１参照）。この平滑コンデンサは、主回路コンデンサと呼ばれ、ブスバによってスイッチング回路へ接続される。

特開２００７−２２１８９２号公報

しかしながら、主回路コンデンサとスイッチング回路とを接続するブスバには、例えば、高周波リップル電流などが流れ、表皮効果によって発熱する。また、ブスバの長さが長いと、高周波領域におけるインピーダンスが無視できなくなり、スイッチング回路のスイッチング時にサージ電圧を発生させる要因にもなる。

したがって、主回路コンデンサとスイッチング回路とを接続するブスバの長さは短いことが望ましい。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、主回路コンデンサとスイッチング回路との接続距離を短くすることを目的とする。

本願の開示する電力変換装置は、一つの態様において、半導体スイッチを有する複数のスイッチング素子部を含むスイッチング回路と、直流電源と前記スイッチング回路との間に接続される主回路コンデンサとを備え、前記主回路コンデンサは、ケース内に、コンデンサ素子と、前記直流電源と前記複数のスイッチング素子部とを接続する第一配線部材と、前記コンデンサ素子と前記複数のスイッチング素子部とを接続する第二配線部材とを有する。前記第一配線部材および前記第二配線部材にそれぞれ前記スイッチング素子部毎の接続片が設けられ、当該接続片により、前記コンデンサ素子および前記直流電源と前記スイッチング素子部との接続部が形成される。前記第一配線部材および前記第二配線部材は、正電圧側および負電圧側のそれぞれに対して設けられる。前記正電圧側および負電圧側の第一配線部材は、互いに前記コンデンサ素子を介して対向する位置に配置され、前記正電圧側および負電圧側の第二配線部材は、互いに前記コンデンサ素子を介して対向する位置に配置される。前記第一配線部材と前記第二配線部材とが積層されている。

本願の開示する電力変換装置の一つの態様によれば、主回路コンデンサとスイッチング回路との接続距離を短くすることができるという効果を奏する。

図１は、実施例１に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。 図２は、実施例１に係る主回路コンデンサの内部配線の関係を説明するための図である。 図３は、実施例１に係る電力変換装置の外観を示す斜視図である。 図４Ａは、実施例１に係る主回路コンデンサの分解斜視図である。 図４Ｂは、実施例１に係る主回路コンデンサのケースの内部を示す透過説明図である。 図４Ｃは、図４ＢのＡ−Ａ線断面図である。 図５Ａは、実施例２に係る主回路コンデンサの分解斜視図である。 図５Ｂは、実施例２に係る主回路コンデンサのケースの内部を示す透過説明図である。 図５Ｃは、図５ＢのＢ−Ｂ線断面図である。 図６は、実施例３に係る電力変換装置の外観を示す斜視図である。 図７は、実施例４に係る電力変換装置の外観を示す斜視図である。 図８Ａは、実施例４に係る主回路コンデンサの分解斜視図である。 図８Ｂは、実施例４に係る主回路コンデンサのケースの内部を示す透過説明図である。 図８Ｃは、図８ＢのＣ−Ｃ線断面図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する電力変換装置の実施例を詳細に説明する。なお、以下に示す実施例における例示で本発明が限定されるものではない。

まず、実施例１に係る電力変換装置の回路構成について図１を用いて説明する。図１は、実施例１に係る電力変換装置の回路構成を示す図である。

図１に示す電力変換装置１は、直流電源２から入力端子である第一の接続部１０１，１０２へ入力される直流電圧を三相の交流電圧へ変換し、かかる三相の交流電圧を出力端子台４０に設けられた出力端子から三相モータＭへ出力するインバータ部２０を備える。なお、第一の接続部１０１は、直流電源２の負側に接続され、第一の接続部１０２は、直流電源２の正側に接続される。

インバータ部２０は、直列接続された一対の半導体スイッチを有するスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃを備えたスイッチング回路であり、各スイッチング素子部２０ａ〜２０ｃは、制御装置３からコネクタ２２へ入力される駆動信号に基づいて制御される。なお、各スイッチング素子部２０ａ〜２０ｃを構成する半導体スイッチとして、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子が用いられる。また、各半導体スイッチに対して、還流ダイオードが接続される。

また、インバータ部２０と出力端子台４０との間には、各スイッチング素子部２０ａ〜２０ｃから三相モータＭへ流れる電流の電流値を検出する電流検出器３０が設けられる。制御装置３は、かかる電流検出器３０による検出結果などに応じた駆動信号をコネクタ２２へ入力する。

さらに、電力変換装置１には、直流電源２とインバータ部２０との間に、電圧を平滑する主回路コンデンサ１０が設けられる。かかる主回路コンデンサ１０は、複数のコンデンサ素子を含んで構成され、例えば、高周波リップルなどを平滑することができる静電容量を有する。なお、主回路コンデンサ１０を一つのコンデンサ素子で構成するようにしてもよい。

ここで、主回路コンデンサ１０の構成について図２を参照して説明する。図２は、主回路コンデンサ１０の内部配線の関係を説明するための図である。

図２に示すように、主回路コンデンサ１０は、複数のコンデンサ素子１２１，１２１，・・・と、第一配線部材１３，１４と、第二配線部材１５，１６とを備える。第一配線部材１３，１４は、第一の接続部１０１，１０２および第二の接続部１０３，１０４を介して直流電源２とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとを接続する配線部材である。また、第二配線部材１５，１６は、第二の接続部１０３，１０４を介してコンデンサ素子１２１，１２１，・・・とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとを接続する配線部材である。

そして、後述するように、第一配線部材１３，１４と第二配線部材１５，１６とを、主回路コンデンサ１０のケース内に配置することによって、主回路コンデンサ１０とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの配線距離を短くすることが可能になる。

しかも、主に直流成分が流れる経路である第一配線部材１３，１４と主に交流成分が流れる経路である第二配線部材１５，１６とを後述のように別部材とすることによって、電流による発熱を分散させることができる。これにより、配線部材の発熱によるスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃへの影響を抑えることができる。

以下、まず、図３を参照して電力変換装置１の全体構造を説明した後、主回路コンデンサ１０の具体的な構造を説明する。図３は、実施例１に係る電力変換装置１の外観を示す斜視図である。なお、同図では、主回路コンデンサ１０の内部に配置されるコンデンサ素子１２１を点線によって示している。

図３に示すように、本実施例１に係る電力変換装置１は、平坦なベース５１の下方に複数の冷却フィン５２が形成されたヒートシンク５０を有しており、かかるヒートシンク５０のベース５１上面に、主回路コンデンサ１０、インバータ部２０、電流検出器３０および出力端子台４０が取り付けられる。

インバータ部２０は、プリント配線基板２１を有しており、このプリント配線基板２１に駆動信号の授受を行うコネクタ２２が取り付けられる。また、プリント配線基板２１の裏面に取り付けられた半導体スイッチは、ヒートシンク５０のベース５１上面に当接されており、ヒートシンク５０により冷却される。

また、インバータ部２０には、ＤＣ入力端子部２４とＡＣ出力端子部２３とが設けられ、ＤＣ入力端子部２４に主回路コンデンサ１０が接続され、ＡＣ出力端子部２３に電流検出器３０を介して出力端子台４０の出力端子が接続される。

主回路コンデンサ１０は、インバータ部２０との対向面が開口した箱状のケース１７を有している。そして、かかるケース１７内に、上述したコンデンサ素子１２１，１２１，・・・、第一配線部材１３，１４および第二配線部材１５，１６が配置され、第一の接続部１０１，１０２および第二の接続部１０３，１０４の一部がケース１７の上記開口から突出している。

第二の接続部１０３，１０４は、インバータ部２０の各スイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの接続部であり、ＤＣ入力端子部２４の各入力端子に対して直接接続される。したがって、主回路コンデンサ１０と各スイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの接続距離を短くすることができる。

以下、各スイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの接続距離を短くすることができる主回路コンデンサ１０の内部構造について、図４Ａ〜図４Ｃを参照してさらに具体的に説明する。図４Ａは、実施例１に係る主回路コンデンサ１０の分解斜視図である。なお、以下において、Ｘ軸方向を上下方向とし、Ｙ軸方向を左右方向とし、Ｚ軸方向を前後方向として定義するが、説明の便宜上のものであり限定されるものではない。

図４Ａに示すように、主回路コンデンサ１０のケース１７には、内部に複数の部材が積層された構造体が収納される。具体的には、ケース１７には第一配線部材１３と、絶縁部材１９ａと、第二配線部材１６と、コンデンサ素子部１２と、第二配線部材１５と、絶縁部材１９ｂと、第一配線部材１４とが順次積層された構造体が収納される。

なお、第一配線部材１４と第二配線部材１６とは直流電源２の正側の電圧が印加され、第一配線部材１３と第二配線部材１５とは直流電源２の負側の電圧が印加される。そこで、説明を分かり易くするために、以下において、「負側の第一配線部材１３」、「正側の第一配線部材１４」、「負側の第二配線部材１５」、「正側の第二配線部材１６」と呼ぶことがある。

コンデンサ素子部１２は、複数のコンデンサ素子１２１，１２１，・・・を有しており、各コンデンサ素子１２１の正極および負極が上下に配置され、複数のコンデンサ素子１２１，１２１，・・・が左右に隣接するように配置される。なお、ここでは、図面視において、各コンデンサ素子１２１の上面側に負極があり、各コンデンサ素子１２１の下面側に正極があるものとする。

各コンデンサ素子１２１の正極は、正側の第二配線部材１６の上面に半田などによって接合され、各コンデンサ素子１２１の負極は、負側の第二配線部材１５の下面に半田などによって接合される。第二配線部材１５，１６は、例えば、銅のブスバなどの導電性を備えた薄板状の部材であり、前後左右方向においてコンデンサ素子部１２の上面と同程度の大きさを有している。

負側の第二配線部材１５の一端には、側面視Ｌ字状に形成された３つの第二の接続片１５１，１５１，１５１が左右方向に間隔を空けて設けられ、また、同様に、正側の第二配線部材１６の一端には、側面視Ｌ字状に形成された３つの第二の接続片１６１，１６１，１６１が左右方向に間隔を空けて設けられる。

これら６つの第二の接続片１５１，１５１，１５１，１６１，１６１，１６１は、第二配線部材１５，１６がケース１７へ収納された際、ケース１７の開口から先端が突出するように形成される。

正側の第二配線部材１６の下面には、絶縁部材１９ａを介して負側の第一配線部材１３が積層され、負側の第二配線部材１５の上面には、絶縁部材１９ｂを介して正側の第一配線部材１４が積層される。絶縁部材１９ａ，１９ｂは、非導電性を備えた板またはフィルム状の部材である。

絶縁部材１９ａによって、互いに極性の異なる正側の第二配線部材１６および負側の第一配線部材１３が電気的に絶縁され、絶縁部材１９ｂによって、互いに極性の異なる負側の第二配線部材１５および正側の第一配線部材１４が電気的に絶縁される。

第一配線部材１３，１４は、例えば、銅のブスバなどの導電性を備えた薄板状の部材であり、前後左右方向においてコンデンサ素子部１２の上面と同程度の大きさを有している。負側の第一配線部材１３の一端には、側面視Ｌ字状に形成された一つの第一の接続部１０１と３つの第二の接続片１３１，１３１，１３１とが左右方向に間隔を空けて設けられる。また、正側の第一配線部材１４の一端には、側面視Ｌ字状に形成された一つの第一の接続部１０２と３つの第二の接続片１４１，１４１，１４１とが左右方向に間隔を空けて設けられる。

このように負側の第一配線部材１３の一端に設けられた各第二の接続片１３１，１３１，１３１は、負側の第二配線部材１５の一端に設けられた各第二の接続片１５１，１５１，１５１と重なり合う位置に設けられる。また、正側の第一配線部材１４の一端に設けられた各第二の接続片１４１，１４１，１４１は、正側の第二配線部材１６の一端に設けられた各第二の接続片１６１，１６１，１６１と重なり合う位置に設けられる。

そして、各第二の接続片１３１，１３１，１３１と各第二の接続片１５１，１５１，１５１とによって第二の接続部１０３，１０３，１０３（図３参照）が形成され、各第二の接続片１４１，１４１，１４１と各第二の接続片１６１，１６１，１６１とによって第二の接続部１０４，１０４，１０４（図３参照）が形成される。なお、第二の接続部１０３，１０３，１０３と第二の接続部１０４，１０４，１０４とは接触しないように間隔を空けて設けられる。

このように、負側の第一配線部材１３と、絶縁部材１９ａと、正側の第二配線部材１６と、コンデンサ素子部１２と、負側の第二配線部材１５と、絶縁部材１９ｂと、正側の第一配線部材１４とが積層されて、第二の接続部１０３，１０３，１０３，１０４，１０４，１０４が形成される。第二の接続部１０３，１０３，１０３，１０４，１０４，１０４は、主回路コンデンサ１０とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの接続部と、直流電源２とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの接続部とが一纏めにされた接続部である。そのため、電力変換装置１の小型化および組立作業性の改善を図ることができる。

図４Ｂは、主回路コンデンサ１０のケース１７の内部を示す透過説明図であり、図４Ｃは、図４ＢのＡ−Ａ線断面図である。図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、主回路コンデンサ１０は、負側の第一配線部材１３、絶縁部材１９ａ、正側の第二配線部材１６、コンデンサ素子部１２、負側の第二配線部材１５、絶縁部材１９ｂ、正側の第一配線部材１４が積層されて組み上げられた構造体を有し、かかる構造体がケース１７内に配置される。

すなわち、直流電源２とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとを接続する第一配線部材１３，１４と、コンデンサ素子部１２とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとを接続する第二配線部材１５，１６とがケース１７内に配置される。そして、スイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの接続に必要な６つの第二の接続部１０３，１０３，１０３，１０４，１０４，１０４がケース１７の開口側に配置される。したがって、主回路コンデンサ１０とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの配線距離を短くすることができ、主回路コンデンサ１０とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの接続部である第二の接続部１０３，１０３，１０３，１０４，１０４，１０４における発熱量やインピーダンスを低減することができる。

すなわち、主回路コンデンサ１０とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとを接続する配線には、スイッチング素子部２０ａ〜２０ｃの動作によってキャリア周波数成分の高周波リップル電流が流れ、表皮効果によって発熱する。かかる発熱の量が大きい場合、周辺回路である主回路コンデンサ１０やスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃに対して影響を与えるおそれがある。また、主回路コンデンサ１０とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの間に高周波リップル電流が流れる場合、配線部分の長さが長くなるにつれて配線部分のインピーダンスが無視できなくなり、スイッチング素子部２０ａ〜２０ｃのスイッチング時にサージ電圧が発生するおそれもある。

これに対して、電力変換装置１では、第二の接続部１０３，１０３，１０３，１０４，１０４，１０４によってコンデンサ素子１２１とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとが接続される。主回路コンデンサ１０とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの間の配線距離は短いため、主回路コンデンサ１０とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの接続部分におけるサージ電圧や大きな発熱を抑制することができる。また、主回路コンデンサ１０と各スイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの接続距離を短くすることによって、電力変換装置１の軽量化および原価低減を図ることができる。

しかも、第一配線部材１３，１４と第二配線部材１５，１６とを薄板状の部材で形成しており、絶縁部材１９ａ，１９ｂも薄板状またはフィルム状の部材で形成している。したがって、図４Ｃに示すように、主回路コンデンサ１０の上下方向（Ｘ軸方向）の長さへの影響が少なく、大型化することを防止することができる。

さらに、第一配線部材１３，１４、第二配線部材１５，１６および絶縁部材１９ａ，１９ｂの前後左右方向の大きさを、コンデンサ素子部１２の上下面の大きさと同程度の大きさとしているため、例えば、ケース１７の前後方向および左右方向の長さへの影響を抑制することができる。

また、第一配線部材１３，１４および第二配線部材１５，１６の前後左右方向の大きさを、コンデンサ素子部１２の上下面の大きさと同程度の大きさとすることにより、第一配線部材１３，１４および第二配線部材１５，１６のインピーダンスをより効果的に低減することができる。そのため、サージ電圧や大きな発熱をより効果的に抑制することができる。

また、主に直流成分が流れる経路である第一配線部材１３，１４と主に交流成分が流れる経路である第二配線部材１５，１６とを別部材によって形成しているため、電流による発熱を分散させることができる。これにより、配線部材の発熱によるスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃへの影響を抑えることができる。

次に、実施例２に係る電力変換装置について説明する。実施例２に係る電力変換装置は、主回路コンデンサの構成だけが実施例１に係る電力変換装置１と異なる。このため、以下では、実施例２に係る電力変換装置の主回路コンデンサについて図５Ａ〜図５Ｃを参照して具体的に説明する。

図５Ａは、実施例２に係る主回路コンデンサ１０ａの分解斜視図、図５Ｂは、主回路コンデンサ１０ａのケース１７の内部を示す透過説明図、図５Ｃは、図５ＢのＢ−Ｂ線断面図である。

図５Ａに示すように、実施例２に係る主回路コンデンサ１０ａは、正側の第一配線部材１４ａ、正側の第二配線部材１６ａ、コンデンサ素子部１２ａ、負側の第二配線部材１５ａ、負側の第一配線部材１３ａが積層されて組み上げられ、ケース１７内に配置される。

第二配線部材１５ａ，１６ａと図４Ａに示す実施例１の第二配線部材１５，１６とは、各第二の接続片１５１ａ、１６１ａの形成位置が異なる以外は同様の構成である。第一配線部材１３ａ，１４ａおよび第二配線部材１５ａ，１６ａは、図４Ａに示す実施例１の第一配線部材１３，１４および第二配線部材１５，１６と同様に、例えば、銅のブスバなどの導電性を備えた薄板状の部材であり、コンデンサ素子部１２ａの上面と同程度の大きさを有している。

負側の第一配線部材１３ａは、図４Ａに示す実施例１の第一配線部材１３の積層位置と反対側に配置される。この第一配線部材１３ａの一端には、側面視Ｌ字状に形成された一つの第一の接続部１０１ａと３つの第二の接続片１３１ａ，１３１ａ，１３１ａとが左右方向に間隔を空けて設けられる。また、正側の第一配線部材１４ａは、図４Ａに示す実施例１の第一配線部材１４の積層位置と反対側に配置される。この第一配線部材１４ａの一端には、側面視Ｌ字状に形成された一つの第一の接続部１０２ａと３つの第二の接続片１４１ａ，１４１ａ，１４１ａとが左右方向に間隔を空けて設けられる。

このように負側の第一配線部材１３ａの一端に設けられた各第二の接続片１３１ａ，１３１ａ，１３１ａは、負側の第二配線部材１５ａの一端に設けられた各第二の接続片１５１ａ，１５１ａ，１５１ａと重なり合う位置に設けられる。また、正側の第一配線部材１４ａの一端に設けられた各第二の接続片１４１ａ，１４１ａ，１４１ａは、正側の第二配線部材１６ａの一端に設けられた各第二の接続片１６１ａ，１６１ａ，１６１ａと重なり合う位置に設けられる。

そして、各第二の接続片１３１ａ，１３１ａ，１３１ａと各第二の接続片１５１ａ，１５１ａ，１５１ａとによって第二の接続部１０３ａ，１０３ａ，１０３ａ（図５Ｂ参照）が形成され、各第二の接続片１４１ａ，１４１ａ，１４１ａと各第二の接続片１６１ａ，１６１ａ，１６１ａとによって第二の接続部１０４ａ，１０４ａ，１０４ａ（図５Ｂ参照）が形成される。なお、第二の接続部１０３ａ，１０３ａ，１０３ａと第二の接続部１０４ａ，１０４ａ，１０４ａとは接触しないように間隔を空けて設けられる。

このように、実施例２に係る主回路コンデンサ１０ａは、実施例１に係る主回路コンデンサ１０に対して、正側および負側の第一配線部材の配置が異なる。すなわち、実施例１に係る主回路コンデンサ１０では、印加される電圧の極性が異なる第一配線部材と第二配線部材とが絶縁部材を介して積層される構造であるが、実施例２に係る主回路コンデンサ１０ａでは、印加される電圧の極性が同じ第一配線部材と第二配線部材とが積層される。

このように構成することで、図５Ｃに示すように、第一配線部材１３ａと第二配線部材１５ａとの間、および第一配線部材１４ａと第二配線部材１６ａとの間に絶縁部材が不要となる。したがって、製造コストが低減され、また、図４Ｂに示す主回路コンデンサ１０よりも絶縁部材１９ａ、１９ｂの厚さの分だけ小型化することが可能となる。

また、実施例２に係る電力変換装置は、実施例１に係る電力変換装置１と同様に、主回路コンデンサ１０とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの間の配線距離を短くすることができるため、主回路コンデンサ１０とスイッチング素子部２０ａ〜２０ｃとの接続部分での発熱量やインピーダンスを低減することができる。

次に、実施例３に係る電力変換装置について説明する。実施例３に係る電力変換装置は、直流電源２の接続箇所の構成が異なる点を除けは、図３に示した電力変換装置１と同様の構成である。

図６は、実施例３に係る電力変換装置１ｂの外観を示す斜視図である。図６に示すように、電力変換装置１ｂでは、ベース５１の上面に入力端子台７１および接続端子台７３が配設される。入力端子台７１は、出力端子台４０に隣設され、接続端子台７３は、主回路コンデンサ１０から突出した第一の接続部１０１，１０２と対向する箇所に配設される。

そして、電力変換装置１ｂでは、入力端子台７１と接続端子台７３との間に導電性を備えた一対の配線部材７２，７２が架設され、配線部材７２，７２における接続端子台７３側の各端部と第一の接続部１０１，１０２とがそれぞれ接続される。

これにより、電力変換装置１ｂでは、配線部材７２における入力端子台７１側の端部が直流電源２との接続部になるため、交流電圧の出力部と直流電圧の入力部とを隣設させることができる。したがって、例えば、交流電圧の出力部と直流電圧の入力部とにそれぞれ配線ケーブルを接続する場合に、配線ケーブルの配線処理が容易になる。また、交流電圧の出力部に加え、直流電圧の入力部をベース５１の一辺側に寄せて配置することができるため、例えば、直流電圧の入力部に配線ケーブルを接続する場合に、発熱箇所であるヒートシンク５０に配線ケーブルが接触することを回避することができる。

次に、実施例４に係る電力変換装置１ｃについて説明する。図７は、実施例４に係る電力変換装置１ｃの外観を示す斜視図である。なお、同図では、主回路コンデンサ１０ｃの内部に配置されるコンデンサ素子１２１を点線によって示している。

電力変換装置１ｃは、主回路コンデンサ１０ｃの構成およびヒートシンク５０ｃのサイズが図３に示した電力変換装置１とは異なり、他の構成については図３に示した電力変換装置１と同様である。このため、以下では、主回路コンデンサ１０ｃの構成およびヒートシンク５０ｃのサイズについて説明する。

図７に示すように、電力変換装置１ｃでは、主回路コンデンサ１０ｃのケース１７ｃの上面に一対の入力端子台１７１，１７２が設けられ、入力端子台１７１，１７２の上面に直流電源２（図１参照）との接続部である第一の接続部１０１ｃ，１０２ｃが設けられる。なお、主回路コンデンサ１０ｃの内部構造の詳細については、図８Ａ〜図８Ｃを用いて後述する。

このように、電力変換装置１ｃでは、ケース１７ｃの上面に第一の接続部１０１ｃ，１０２ｃが設けられるので、第一の接続部１０１，１０２を第二の接続部１０３，１０４の左右方向に隣接させる構造（図３参照）に比べて主回路コンデンサ１０ｃのベース５１ｃ上面に占めるスペースが縮小される。

これにより、電力変換装置１ｃは、図３に示すベース５１よりも上面の面積が小さなベース５１ｃを備えたヒートシンク５０ｃにより構成することができるので、電力変換装置１に比べて、さらに小型化することができる。

次に、図８Ａを用いて主回路コンデンサ１０ｃについて説明する。図８Ａは、実施例４に係る主回路コンデンサ１０ｃの分解斜視図、図８Ｂは、実施例４に係る主回路コンデンサ１０ｃのケースの内部１７ｃを示す透過説明図、図８Ｃは、図８Ｂに示すＣ−Ｃ線による断面図である。

図８Ａに示すように、主回路コンデンサ１０ｃのケース１７ｃ内には、複数の部材が積層された構造体が収納される。主回路コンデンサ１０ｃにおける積層構造は、実施例１の主回路コンデンサ１０の積層構造と基本的に同じである。すなわち、ケース１７ｃには、第一配線部材１３ｃと、絶縁部材１９ｃと、第二配線部材１６ｃと、コンデンサ素子部１２ｃと、第二配線部材１５ｃと、絶縁部材１９ｄと、第一配線部材１４ｃとが積層された構造体が収納される。絶縁部材１９ｃ，１９ｄは、絶縁部材１９ａ，１９ｂと同様に、非導電性を備えた板またはフィルム状の部材である。

そして、主回路コンデンサ１０ｃでは、第一の接続部１０１ｃ，１０２ｃの先端部分をケース１７ｃの上面に設けた入力端子台１７１，１７２に配置するために、次のように、第一の接続部１０１ｃ，１０２ｃおよび第一配線部材１３ｃ，１４ｃが形成される。

第一配線部材１３ｃの一端には、一つの第一の接続部１０１ｃと、３つの第二の接続片１３１ｃ，１３１ｃ，１３１ｃとが設けられる。第一の接続部１０１ｃは、第二の接続片１３１ｃ，１３１ｃ間に設けられ、第一配線部材１３ｃがケース１７ｃへ収納された際、図８Ｃに示すように、先端部分がケース１７ｃの上面に位置するように、中途部から断面視略Ｊ字状に折り返されて形成される。

第一の接続部１０１ｃは、図８Ｃに示すように、第一配線部材１３ｃの一端から略直角に延伸させた後、断面視略Ｊ字状に折り返されて形成されて先端部分がケース１７ｃの上面に位置するようにしている。従って、第一の接続部１０１ｃのうちケース１７ｃの開口から突出する部分を減らすことができる。その結果、主回路コンデンサ１０ｃとインバータ部２０との間のスペースを広げることができ、また、第一の接続部１０１ｃと他の部材との接触の可能性を低減することができる。

また、同様に、第一配線部材１４ｃの一端には、一つの第一の接続部１０２ｃと、３つの第二の接続片１４１ｃ，１４１ｃ，１４１ｃとが設けられる。第一の接続部１０２ｃは、第二の接続片１４１ｃ，１４１ｃ間に設けられ、第一配線部材１４ｃがケース１７ｃへ収納された際、図８Ｃに示すように、先端部分がケース１７ｃの上面に位置するように断面視略Ｊ字状に折り返されて形成される。このように、第一の接続部１０２ｃは、第二の接続片１４１ｃ，１４１ｃ間に設けられるため、第一配線部材１４ｃの左右方向の幅を小さくすることができる。

なお、第二の接続片１３１ｃ，１３１ｃ，１３１ｃは、第二配線部材１５ｃの一端に設けられた第二の接続片１５１ｃ，１５１ｃ，１５１ｃと重なり合う位置に設けられ、図８Ｂに示すように、第二の接続部１０３ｃ，１０３ｃ，１０３ｃが形成される。また、第二の接続片１４１ｃ，１４１ｃ，１４１ｃは、第二配線部材１６ｃの一端に設けられた第二の接続片１６１ｃ，１６１ｃ，１６１ｃと重なり合う位置に設けられ、図８Ｂに示すように、第二の接続部１０４ｃ，１０４ｃ，１０４ｃが形成される。

このように、第４実施例に係る主回路コンデンサ１０ｃでは、第一の接続部１０１ｃ，１０２ｃは、第二の接続部１０３ｃ，１０４ｃの間から引き出され、第二の接続部１０３ｃ，１０４ｃとは異なる平面上に配置される。このため、電力変換装置１ｃは、第一の接続部１０１ｃ，１０２ｃと第二の接続部１０３ｃ，１０４ｃが同一平面上に一列に配置された図３に示す電力変換装置１に比べ、主回路コンデンサ１０ｃのベース５１ｃ上面に占めるスペースが縮小されるので、さらに小型化することができる。

なお、ここでは、第一の接続部１０１ｃ，１０２ｃは、ケース１７ｃの開口側である前面側からケース１７ｃの上面へ引き出されているが、ケース１７ｃの側面側や背面側からケース１７ｃの上面へ引き出されてもよい。

すなわち、第一の接続部１０１ｃ，１０２ｃは、ケース１７ｃの任意の箇所から引き出された場合であっても、ケース１７ｃの外形に沿ってケース１７ｃの上面側へ折り曲げられることで主回路コンデンサ１０ｃのベース５１ｃ上面に占めるスペースが縮小される。

また、実施例３，４の電力変換装置では、印加される電圧の極性が異なる第一配線部材と第二配線部材とが絶縁部材を介して積層される構造の主回路コンデンサの例を示したが、主回路コンデンサはこれに限られない。すなわち、実施例２に係る主回路コンデンサ１０ａと同様に、印加される電圧の極性が同じ第一配線部材と第二配線部材とが積層される構造を実施例３，４へ適用することもできる。

また、実施例１〜４の電力変換装置では、各コンデンサ素子１２１の上面側に負極があり、下面側に正極があるものとして説明したが、各コンデンサ素子１２１の上面側に正極があり、下面側に負極があってもよい。この場合、第一の接続部の極性は実施例１〜４に示した例とは逆になる。また、各コンデンサ素子１２１の上面側と下面側にそれぞれ電極を設けることとしたが、電極の位置はこれに限られない。例えば、各コンデンサ素子１２１の上面側および下面側のいずれかに正極および負極を設けてもよく、この場合、電極を設けた側にすべての第一配線部材および第二配線部材を積層することで、第一配線部材および第二配線部材をケース内に配置することができる。

また、実施例１〜４の電力変換装置では、主回路コンデンサのケースの前方側全体に開口を設けたが、第一の接続部および第二の接続部のみが露出するように、ケースの前方側一部のみに開口を設けても良い。また、実施例１〜４では、第一の接続部および第二の接続部をケースから突出させるようにしたが、例えば、組み立てなどに支障がない場合などには、突出させなくてもよい。

また、実施例１〜４の電力変換装置では、第一配線部材および第二配線部材の一例として、銅のブスバで構成される例を説明したが、薄板状の導電部材であればよく、銅のブスバに限定されるものではない。また、絶縁部材１９ａ〜１９ｄは、電力変換装置の性能の範囲内で絶縁性を維持できる材料であればよい。

また、実施例１〜４の電力変換装置では、すべての第二の接続部を同一の方向から突出させるようにしたが、第二の接続部のいくつかを異なる方向から突出させるようにしてもよい。また、実施例１〜４の電力変換装置では、スイッチング回路の一例として、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部を例に挙げて説明したが、インバータ部に代えて、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ部を配置するようにしてもよい。

なお、本願の開示する技術は、直流電圧を三相以外の複相の交流電圧へ変換する電力変換装置に対しても適用することができる。また、本願の開示する技術は、三相モータ以外の任意の負荷へ交流電圧を出力する電力変換装置に対しても適用することができる。

また、上述した実施例では、各第二の接続片が側面視Ｌ字状に形成された場合について説明したが、第二の接続片は、主回路コンデンサのケースから突出する形状であれば他の形状に形成されてもよい。

たとえば、第一配線部材に設けられる第二の接続片は、第一配線部材と同一平面に形成され、第二配線部材に設けられる第二の接続片は、第一配線部材と同一平面に形成されてもよい。かかる場合、対向する位置に形成された極性が同じ第二の接続片によってインバータ部の各ＤＣ入力端子部が狭持されて主回路コンデンサとインバータ部とが接続される。

かかる第二の接続片が一端に設けられる第一の配線部材や第二の配線部材は、製造時にプレス加工等が不要であり、型抜きによって容易に形成される。これにより製造工程数の削減を図ることができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施例に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１，１ｂ，１ｃ 電力変換装置
２ 直流電源
１０，１０ａ，１０ｃ 主回路コンデンサ
１７，１７ｃ ケース
２０ インバータ部
２０ａ〜２０ｃ スイッチング素子部
１３，１３ａ，１３ｃ，１４，１４ａ，１４ｃ 第一配線部材
１５，１５ａ，１５ｃ，１６，１６ａ，１６ｃ 第二配線部材
１０１，１０１ａ，１０１ｃ，１０２，１０２ａ，１０２ｃ 第一の接続部
１０３，１０３ａ，１０３ｃ，１０４，１０４ａ，１０４ｃ 第二の接続部
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄ 絶縁部材
４０ 出力端子台
７１ 入力端子台

Claims (6)

1. 半導体スイッチを有する複数のスイッチング素子部を含むスイッチング回路と、
   直流電源と前記スイッチング回路との間に接続される主回路コンデンサと、
   を備え、
   前記主回路コンデンサは、ケース内に、
   コンデンサ素子と、
   前記直流電源と前記複数のスイッチング素子部とを接続する第一配線部材と、
   前記コンデンサ素子と前記複数のスイッチング素子部とを接続する第二配線部材と
   を有し、
   前記第一配線部材および前記第二配線部材にそれぞれ前記スイッチング素子部毎の接続片が設けられ、当該接続片により、前記コンデンサ素子および前記直流電源と前記複数のスイッチング素子部との接続部が形成され、
   前記第一配線部材および前記第二配線部材は、正電圧側および負電圧側のそれぞれに対して設けられ、
   前記正電圧側および負電圧側の第一配線部材は、互いに前記コンデンサ素子を介して対向する位置に配置され、
   前記正電圧側および負電圧側の第二配線部材は、互いに前記コンデンサ素子を介して対向する位置に配置され、
   前記第一配線部材と前記第二配線部材とが積層されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 絶縁部材を介して極性の異なる前記第一配線部材と前記第二配線部材とが積層されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 極性が同じ前記第一配線部材と前記第二配線部材とが積層されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 極性が同じ前記第一配線部材および前記第二配線部材にそれぞれ設けられた前記接続片同士が積層されて前記接続部が形成される
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記直流電源に接続される端子台が前記ケース上部に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記スイッチング回路によって変換される交流電圧を出力する出力端子台を備え、
   前記直流電源に接続される端子台が前記出力端子台に隣接して設けられたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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