JP2009148137A - Power conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転機に交流電力を供給する電力変換装置に関し、特にその構造の改善に関する。 The present invention relates to a power converter that supplies AC power to a rotating machine, and more particularly to an improvement in the structure thereof.
この種の電力変換装置においては、これを構成するスイッチング素子のスイッチングによる電力損失の低減と、スイッチングに伴うノイズの低減とが重要な課題となっている。ここで、スイッチングに伴うノイズ（サージ）は、スイッチングに伴う電流ｉの変化速度（ｄｉ／ｄｔ）と、電力変換装置のインダクタンスＬとに比例し、「−Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ）」程度となる。したがって、サージを低減するためには、インダクタンスＬを小さくすることや、電流の変化速度を小さくすることが有効である。ただし、電流の変化速度を小さくする場合、スイッチング素子のオン状態とオフ状態との一方から他方への切り替えに伴う電力損失が増大することとなる。このため、サージを低減するためには、インダクタンスＬを小さくすることが望ましい。 In this type of power conversion device, reduction of power loss due to switching of switching elements constituting the power conversion device and reduction of noise associated with switching are important issues. Here, the noise (surge) accompanying switching is proportional to the change rate (di / dt) of the current i accompanying switching and the inductance L of the power converter, and is about “−L · (di / dt)”. Become. Therefore, in order to reduce the surge, it is effective to reduce the inductance L and the current change rate. However, when the rate of change of current is reduced, the power loss associated with switching from one of the ON state and the OFF state of the switching element to the other increases. For this reason, in order to reduce a surge, it is desirable to make the inductance L small.
そこで従来は、例えば下記特許文献１に見られるように、電力変換装置の給電手段としてのコンデンサと電力変換回路とを接続する正極側の導体及び負極側の導体を互いに絶縁したうえで積層することも提案されている。これによれば、正極側の導体と負極側の導体との間に互いに逆方向の電流が流れることに起因して、これら導体の寄生インダクタンスを低減することができる。
上記従来技術では、電力変換回路とコンデンサとを接続する導体部分の寄生インダクタンスを低減することができるとはいえ、電力変換回路内部の導体の寄生インダクタンスを低減することはできない。しかし、電力変換回路内部の導体の寄生インダクタンスがサージに寄与する割合も大きい。したがって、上記従来技術では、サージを十分に抑制することができるとはいえない。 In the above prior art, although the parasitic inductance of the conductor portion connecting the power conversion circuit and the capacitor can be reduced, the parasitic inductance of the conductor inside the power conversion circuit cannot be reduced. However, the ratio that the parasitic inductance of the conductor inside the power conversion circuit contributes to the surge is also large. Therefore, it cannot be said that the conventional technique can sufficiently suppress the surge.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転機の２つの端子のそれぞれを選択的に給電手段の正極端子及び負極端子に電気接続可能とする高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子を備えるものにあって、サージをより適切に抑制することのできる電力変換装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to make it possible to selectively connect each of the two terminals of the rotating machine to the positive terminal and the negative terminal of the power feeding means. An object of the present invention is to provide a power conversion device that includes a switching element and a low-potential side switching element and can suppress surge more appropriately.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。 Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
請求項１記載の発明は、回転機の２つの端子のそれぞれを選択的に給電手段の正極端子及び負極端子に電気接続可能とする高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子を備える電力変換装置において、前記回転機の２つの端子のうちの一方の端子から低電位側スイッチング素子へと流れる電流の流通方向と、前記高電位側スイッチング素子から前記回転機の他方の端子へと流れる電流の流通方向となす角が鈍角であることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a power conversion device including a high potential side switching element and a low potential side switching element that can selectively connect each of the two terminals of the rotating machine to the positive terminal and the negative terminal of the power feeding means. The flow direction of the current flowing from one of the two terminals of the rotating machine to the low potential side switching element, and the flow of the current flowing from the high potential side switching element to the other terminal of the rotating machine The angle formed with the direction is an obtuse angle.
上記発明では、上記一対の電流の流通方向のなす角が鈍角であるために、一方の端子に接続される高電位側スイッチング素子、他方の端子に接続される低電位側スイッチング素子及び電動機１０を備えて構成されるループ回路のループ面積を低減することができる。このため、ループ回路の寄生インダクタンスを低減することができる。更に、一対の電流の流通方向の一方を他方に射影した場合、この射影された電流の流通方向は他方の電流の流通方向とは逆となる。このため、これら一対の電流の流通経路間に負の相互インダクタンスが発生することにより、これら流通経路の寄生インダクタンスを低減することもできる。したがって、サージをより適切に低減することができる。
In the above invention, since the angle formed by the pair of current flow directions is an obtuse angle, the high potential side switching element connected to one terminal, the low potential side switching element connected to the other terminal, and the
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記回転機の各端子について、該端子に接続される低電位側スイッチング素子を備える電流の流通経路と、他方の端子に接続される高電位側スイッチング素子を備える電流の流通経路との少なくとも１部が互いに対向するようにして配置されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, for each terminal of the rotating machine, a current flow path including a low potential side switching element connected to the terminal is connected to the other terminal. It is characterized in that at least a part of the current flow path including the high potential side switching element is disposed so as to face each other.
上記一対の電流の流通経路の少なくとも１部が互いに対向して配置されているために、これら一対の流通経路には、上記少なくとも１部において互いに逆方向の電流が流れることとなる。これにより、これら一対の電流の流通経路に負の相互インダクタンスが発生するため、これら流通経路の寄生インダクタンスを低減することができる。したがって、サージをより適切に低減することができる。 Since at least one part of the pair of current flow paths is disposed to face each other, currents in opposite directions flow through the pair of flow paths in the at least one part. Thereby, since a negative mutual inductance occurs in the pair of current flow paths, the parasitic inductance of these flow paths can be reduced. Therefore, surge can be reduced more appropriately.
請求項３記載の発明は、回転機の２つの端子のそれぞれを選択的に給電手段の正極端子及び負極端子に電気接続可能とする高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子を備える電力変換装置において、前記回転機の各端子について、該端子に接続される低電位側スイッチング素子と、他方の端子に接続される高電位側スイッチング素子とが互いに対向して配置されてなることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a power conversion device including a high potential side switching element and a low potential side switching element that selectively connect each of the two terminals of the rotating machine to the positive terminal and the negative terminal of the power feeding means. The low-potential-side switching element connected to the terminal and the high-potential-side switching element connected to the other terminal of each terminal of the rotating machine are arranged to face each other. .
上記発明では、互いに相違する端子に接続される高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子が対向して配置されるために、これら高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子のそれぞれと回転機とを接続する配線を対向させることができる。このため、これら配線には互いに逆方向の電流が流れることとなる。これにより、これら一対の配線に負の相互インダクタンスが発生するため、これら配線の寄生インダクタンスを低減することができる。 In the above invention, since the high-potential side switching element and the low-potential side switching element connected to different terminals are arranged to face each other, each of the high-potential side switching element and the low-potential side switching element and the rotating machine Can be opposed to each other. For this reason, currents in opposite directions flow through these wirings. As a result, negative mutual inductance is generated in the pair of wires, so that the parasitic inductance of these wires can be reduced.
請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記回転機の各端子について、該端子及び前記低電位側スイッチング素子を接続する配線と、他方の端子及び前記高電位側スイッチング素子を接続する配線との少なくとも１部が互いに対向するようにして配置されてなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect of the invention, for each terminal of the rotating machine, a wiring connecting the terminal and the low potential side switching element, the other terminal, and the high potential side switching It is characterized in that at least a part of the wiring connecting the elements is arranged to face each other.
上記一対の配線の少なくとも１部が互いに対向して配置されているために、これら一対の配線には、上記少なくとも１部において互いに逆方向の電流が流れることとなる。これにより、これら一対の配線に負の相互インダクタンスが発生するため、これら配線の寄生インダクタンスを低減することができる。 Since at least one part of the pair of wirings is arranged to face each other, currents in opposite directions flow through the pair of wirings in the at least one part. As a result, negative mutual inductance is generated in the pair of wires, so that the parasitic inductance of these wires can be reduced.
請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記回転機の各端子について、該端子に接続される低電位側スイッチング素子の出力端子と、他方の端子に接続される高電位側スイッチング素子の入力端子とを接続するコンデンサを、前記回転機の各端子毎に各別に備えることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 2 to 4, wherein for each terminal of the rotating machine, an output terminal of a low potential side switching element connected to the terminal and the other terminal A capacitor for connecting the input terminal of the high-potential side switching element connected to the terminal is provided for each terminal of the rotating machine.
上記発明では、一方の端子に接続される低電位側スイッチング素子、他方の端子に接続される高電位側スイッチング素子、電動機、及びコンデンサにて構成されるループ回路と、他方の端子に接続される低電位側スイッチング素子、一方の端子に接続される高電位側スイッチング素子、電動機、及びコンデンサにて構成されるループ回路とのそれぞれの囲むループ面積を低減することができる。このため、これら各ループ回路の寄生インダクタンスを低減することができる。 In the above invention, a low-potential side switching element connected to one terminal, a high-potential side switching element connected to the other terminal, a motor and a loop circuit composed of a capacitor, and the other terminal The surrounding loop areas of the low potential side switching element, the high potential side switching element connected to one terminal, the motor, and the loop circuit composed of the capacitor can be reduced. For this reason, the parasitic inductance of each of these loop circuits can be reduced.
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記回転機の各端子について、該端子に接続される低電位側スイッチング素子の出力端子と前記コンデンサとを接続する配線と、他方の端子に接続される高電位側スイッチング素子の入力端子と前記コンデンサとを接続する配線との少なくとも１部が互いに対向して配置されてなることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the invention according to claim 5, wherein for each terminal of the rotating machine, a wiring for connecting the output terminal of the low potential side switching element connected to the terminal and the capacitor, At least one part of the input terminal of the high potential side switching element connected to the terminal and the wiring connecting the capacitor is arranged to face each other.
上記一対の配線の少なくとも１部が互いに対向して配置されているために、これら一対の配線には、上記少なくとも１部において互いに逆方向の電流が流れることとなる。これにより、これら一対の配線に負の相互インダクタンスが発生するため、これら配線の寄生インダクタンスを低減することができる。 Since at least one part of the pair of wirings is arranged to face each other, currents in opposite directions flow through the pair of wirings in the at least one part. As a result, negative mutual inductance is generated in the pair of wires, so that the parasitic inductance of these wires can be reduced.
請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載の発明において、前記一対のコンデンサの各コンデンサ及び前記回転機を備えて構成される各ループ回路において、前記互いに対向する配線のインダクタンスが互いに同一とされてなることを特徴とする。 The invention according to claim 7 is the invention according to claim 5 or 6, wherein in each loop circuit configured to include each capacitor of the pair of capacitors and the rotating machine, the inductances of the wirings facing each other are the same. It is characterized by being made.
上記発明では、互いに対向する配線のインダクタンスを同一とすることで、これらを流れる電流が逆となることに起因した負の相互インダクタンスによる寄生インダクタンスの低減効果を高めることができる。 In the above invention, by making the inductances of the wirings facing each other the same, it is possible to enhance the effect of reducing the parasitic inductance due to the negative mutual inductance caused by the reverse currents flowing through them.
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、前記各ループ回路を構成する配線のインダクタンスが、互いに同一とされてなることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect of the present invention, the inductances of the wirings constituting each of the loop circuits are the same.
上記発明では、回転機の正回転制御と逆回転制御との間の切り替え時等において生じ得るノイズを好適に抑制することができる。 In the said invention, the noise which may arise at the time of the switching between the normal rotation control of a rotary machine and reverse rotation control etc. can be suppressed suitably.
請求項９記載の発明は、請求項２〜８のいずれか１項に記載の発明において、前記回転機の各端子に接続される高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子は、その放熱面側から見た入力端子及び出力端子の配置が同一に形成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 2 to 8, wherein the high-potential side switching element and the low-potential side switching element connected to each terminal of the rotating machine are heat dissipation surfaces thereof. The arrangement of the input terminal and the output terminal viewed from the side is the same.
スイッチング素子は、通常、その発熱による温度上昇を抑制すべく放熱を司る部分を備えている。ただし、この放熱を司る部分は、通常、放熱面としての特定の面に限定されている。一方、電力変換装置においては、放熱を司る熱溜が特定の面に配置される傾向にある。ここで、上記発明では、請求項２や請求項３の発明特定事項のために、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子のそれぞれの放熱面を同一の面(上記熱溜に対応する面)に対向させるようにすると、一対の電流の流通経路によって囲われる側とは反対側にスイッチング素子を配置することとなる。このため、一対の流通経路間の間隔を近接させる際に、スイッチング素子の配置からの制約を受けにくい。このため、一対の流通経路間の間隔を極力近接させることができ、ひいてはこれらの間の負の相互インダクタンスを増大させることができる。したがって、高電位側スイッチング素子及び低電位側スイッチング素子の放熱を適切に行いつつも、上記負の相互インダクタンスによる寄生インダクタンスの低減効果を適切に発揮することができる。 The switching element usually includes a portion that controls heat dissipation in order to suppress a temperature rise due to heat generation. However, the portion that controls this heat dissipation is usually limited to a specific surface as a heat dissipation surface. On the other hand, in a power converter, a heat reservoir that controls heat dissipation tends to be arranged on a specific surface. Here, in the above invention, for the invention specific matters of claim 2 and claim 3, the heat radiation surfaces of the high potential side switching element and the low potential side switching element are the same surface (surface corresponding to the heat reservoir). ), The switching element is arranged on the side opposite to the side surrounded by the pair of current flow paths. For this reason, when approaching the space | interval between a pair of distribution channels, it is hard to receive the restrictions from arrangement | positioning of a switching element. For this reason, the space | interval between a pair of distribution channels can be made close as much as possible, and the negative mutual inductance between these can also be increased by extension. Therefore, it is possible to appropriately exhibit the parasitic inductance reduction effect due to the negative mutual inductance while appropriately radiating heat from the high potential side switching element and the low potential side switching element.
以下、本発明にかかる電力変換装置を車載電力変換装置に適用した一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, an embodiment in which a power conversion device according to the present invention is applied to an in-vehicle power conversion device will be described with reference to the drawings.
図１に、本実施形態にかかるシステム構成図を示す。 FIG. 1 shows a system configuration diagram according to the present embodiment.
図示されるように、電動機１０は、ブラシ付きＤＣモータであり、例えばワイパーや、パワーステアリング、パワーウィンドウ等の車載アクチュエータに搭載される電動機である。電動機１０の電機子巻き線の両端に接続される各端子は、Ｈブリッジ構造を有するインバータＩＶを介して給電手段としてのバッテリ１２、コンデンサ１４及びコンデンサ１６に接続されている。すなわち、インバータＩＶは、高電位側のスイッチング素子Ｓｐ１及び低電位側のスイッチング素子Ｓｎ１の直列接続体と、高電位側のスイッチング素子Ｓｐ２及び低電位側のスイッチング素子Ｓｎ２の直列接続体とを備えている。そして、これらスイッチング素子Ｓｐ１及びスイッチング素子Ｓｎ１の接続点と、スイッチング素子Ｓｐ２及びスイッチング素子Ｓｎ２の接続点とが、それぞれ電動機１０の互いに異なる端子に接続されている。ちなみに、本実施形態では、スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２を、ＮチャネルＭＯＳトランジスタとしている。
As illustrated, the
一方、制御装置２０は、上記スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２を操作することで、電動機１０を駆動する。詳しくは、要求に応じて、電動機１０を正回転又は逆回転させる。すなわち、スイッチング素子Ｓｐ１及びスイッチング素子Ｓｎ２をオン操作することで電動機１０の一方の端子から他方の端子へと電流を流すことで、電動機１０を正回転させる。また、スイッチング素子Ｓｐ２及びスイッチング素子Ｓｎ１をオン操作することで電動機１０の他方の端子から一方の端子へと電流を流すことで、電動機１０を逆回転させる。
On the other hand, the
ところで、電動機１０の回転制御時において、スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２の操作の切り替え時には、サージが生じる。そして、このサージは、電流の流通経路における寄生インダクタンスに依存する。そこで本実施形態では、インバータＩＶを以下の構成とすることで寄生インダクタンスを低減することにより、サージの低減を図っている。
By the way, when the rotation of the
図２（ａ）に、本実施形態にかかるインバータＩＶの配線レイアウトを示し、図２（ｂ）に、インバータＩＶの配線図を示す。図２（ａ）に示されるように、コンデンサ１４の正極側と電動機１０とを接続する配線と、コンデンサ１４の負極側と電動機１０とを接続する配線とが、互いに対向して配置されている。また、コンデンサ１６の正極側と電動機１０とを接続する配線と、コンデンサ１６の負極側と電動機１０とを接続する配線とが、互いに対向して配置されている。
FIG. 2A shows a wiring layout of the inverter IV according to this embodiment, and FIG. 2B shows a wiring diagram of the inverter IV. As shown in FIG. 2A, the wiring connecting the positive electrode side of the
詳しくは、コンデンサ１４の正極側は、配線ｗ２を介してスイッチング素子Ｓｐ１のドレイン端子ＤＴに接続されており、スイッチング素子Ｓｐ１のソース端子ＳＴは、配線ｗ１を介して電動機１０に接続されている。一方、コンデンサ１４の負極側は、配線ｗ５を介してスイッチング素子Ｓｎ２のソース端子ＳＴに接続されており、スイッチング素子Ｓｎ２のドレイン端子ＤＴは、配線ｗ４を介して電動機１０に接続されている。更に、コンデンサ１６の正極側は、配線ｗ６を介してスイッチング素子Ｓｐ２のドレイン端子ＤＴに接続されており、スイッチング素子Ｓｐ２のソース端子ＳＴは、配線ｗ４を介して電動機１０に接続されている。一方、コンデンサ１６の負極側は、配線ｗ３を介してスイッチング素子Ｓｎ１のソース端子ＳＴに接続されており、スイッチング素子Ｓｎ１のドレイン端子ＤＴは、配線ｗ１を介して電動機１０に接続されている。なお、これら配線ｗ１〜ｗ６は、いずれも銅等の導体を成形技術にて加工したバスバーにて構成されている。ただし、バスバーに限らず、例えば半導体基板上にリソグラフィ工程等によってパターン形成されたものとしてもよい。
Specifically, the positive electrode side of the
そして、上記配線ｗ１、ｗ２、ｗ３と、配線ｗ４、ｗ５、ｗ６とは、互いに平行に配置されている。更に、スイッチング素子Ｓｐ１とスイッチング素子Ｓｎ２とは対向して配置されている。詳しくは、配線ｗ１、ｗ２，ｗ４、ｗ５に直交する方向において、これらスイッチング素子Ｓｐ１とスイッチング素子Ｓｎ２とが互いにオーバーラップするようにして配置されている。また、スイッチング素子Ｓｐ２とスイッチング素子Ｓｎ１とは対向して配置されている。詳しくは、配線ｗ１、ｗ３，ｗ４、ｗ６に直交する方向において、これらスイッチング素子Ｓｐ２とスイッチング素子Ｓｎ１とが互いにオーバーラップするようにして配置されている。 The wirings w1, w2, and w3 and the wirings w4, w5, and w6 are arranged in parallel to each other. Further, the switching element Sp1 and the switching element Sn2 are arranged to face each other. Specifically, the switching element Sp1 and the switching element Sn2 are arranged so as to overlap each other in a direction orthogonal to the wirings w1, w2, w4, and w5. Further, the switching element Sp2 and the switching element Sn1 are arranged to face each other. Specifically, the switching element Sp2 and the switching element Sn1 are arranged so as to overlap each other in a direction orthogonal to the wirings w1, w3, w4, and w6.
こうした構成によれば、電動機１０の正回転制御時において電流が流通するループ回路であるコンデンサ１４と電動機１０とを接続するループ回路や、電動機１０の逆回転制御時において電流が流通するループ回路であるコンデンサ１６と電動機１０とを接続するループ回路のループ面積を低減することができる。このため、ループ回路の寄生インダクタンスを低減することができる。
According to such a configuration, in the loop circuit that connects the
また、電動機１０の正回転制御時には、コンデンサ１４の正極側から配線ｗ２、スイッチング素子Ｓｐ１、及び配線ｗ１を介して電動機１０へと流れる電流の流通方向と、電動機１０から配線ｗ４、スイッチング素子Ｓｎ２及び配線ｗ５を介してコンデンサ１４の負極側へと流れる電流の流通経路とが、互いに逆となる。このため、配線ｗ１、ｗ２及び配線ｗ４、ｗ５間には、負の相互インダクタンスが生じるため、これらの寄生インダクタンスを低減することができる。一方、電動機１０の逆回転制御時には、コンデンサ１６の正極側から配線ｗ６、スイッチング素子Ｓｐ２、及び配線ｗ４を介して電動機１０へと流れる電流の流通方向と、電動機１０から配線ｗ１、スイッチング素子Ｓｎ１及び配線ｗ３を介してコンデンサ１６の負極側へと流れる電流の流通経路とが、互いに逆となる。このため、配線ｗ１、ｗ３及び配線ｗ４、ｗ６間には、負の相互インダクタンスが生じるため、これらの寄生インダクタンスを低減することができる。
Further, during the forward rotation control of the
特に、本実施形態では、コンデンサ１４の正極側と電動機１０とを接続する配線のインダクタンスと、コンデンサ１４の負極側と電動機１０とを接続する配線のインダクタンスとを同一とすることで、上記相互インダクタンスによる寄生インダクタンスの低減効果を向上させている。このインダクタンスを同一とする設定は、次に述べるものである。配線ｗ１のうちのスイッチング素子Ｓｐ１から電動機１０に接続されるまでの部分及び配線ｗ２の長さの和と、配線ｗ４のうちのスイッチング素子Ｓｎ２から電動機１０に接続されるまでの部分及び配線ｗ５の長さの和とを同一とする。そして、配線ｗ１、ｗ２、ｗ４、ｗ５の幅を同一とする。これにより、配線ｗ１のうちのスイッチング素子Ｓｐ１から電動機１０に接続されるまでの部分及び配線ｗ２のインダクタンスの和と、配線ｗ４のうちのスイッチング素子Ｓｎ２から電動機１０に接続されるまでの部分及び配線ｗ５のインダクタンスの和とを同一とすることができる。
In particular, in the present embodiment, the inductance of the wiring connecting the positive electrode side of the
同様に、コンデンサ１６の正極側と電動機１０とを接続する配線のインダクタンスと、コンデンサ１６の負極側と電動機１０とを接続する配線のインダクタンスとを同一とすることで、上記相互インダクタンスによる寄生インダクタンスの低減効果を向上させている。このための設定は、上記と同様である。
Similarly, by making the inductance of the wiring connecting the positive electrode side of the
更に、本実施形態では、スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２として、同一のものを用いている。これらスイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２は、図３に示すように、いずれも薄板上のものであり、特定の面が放熱面とされている。すなわち、図３（ａ）は、放熱面の裏面側を示しており、図３（ｂ）は、放熱面を示している。このように、特定の面に放熱面がある場合、スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２の全ての放熱面を同一の面に対向させるようにして配置するのが常である。これは、放熱のための熱溜は通常１つの面にしか備えることができないためである。 Further, in the present embodiment, the same switching elements Sp1, Sp2, Sn1, and Sn2 are used. As shown in FIG. 3, these switching elements Sp1, Sp2, Sn1, and Sn2 are all on a thin plate, and a specific surface is a heat radiating surface. That is, FIG. 3A shows the back side of the heat radiating surface, and FIG. 3B shows the heat radiating surface. Thus, when there is a heat radiating surface on a specific surface, it is usual to arrange all the heat radiating surfaces of the switching elements Sp1, Sp2, Sn1, and Sn2 to face the same surface. This is because a heat reservoir for heat radiation can usually be provided on only one surface.
ここで、本実施形態では、先の図２に示したように、スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２の放熱面を全て同一の面(紙面の裏面側)に対向させて配置している。これにより、放熱を促進することができる。しかも、こうした配置とすることで、スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２を、配線ｗ１〜ｗ３と配線ｗ４〜ｗ６とによって挟まれた領域の外側に配置することができる。このため、コンデンサ１４の正極側及び電動機１０を接続する配線とコンデンサ１４の負極側を接続する配線及び電動機１０を接続する配線との距離Ｌ１や、コンデンサ１６の正極側及び電動機１０を接続する配線とコンデンサ１６の負極側を接続する配線及び電動機１０を接続する配線との距離Ｌ１を低減することができる。これにより、上記負の相互インダクタンスによる寄生インダクタンスの低減効果をよりいっそう低減することができる。
Here, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the heat dissipating surfaces of the switching elements Sp1, Sp2, Sn1, and Sn2 are all disposed so as to face the same surface (the back side of the paper). Thereby, heat dissipation can be promoted. Moreover, with such an arrangement, the switching elements Sp1, Sp2, Sn1, and Sn2 can be arranged outside the region sandwiched between the wirings w1 to w3 and the wirings w4 to w6. For this reason, the distance L1 between the wiring connecting the positive electrode side of the
これに対し、図４に示すように、スイッチング素子Ｓｐ１及びスイッチング素子Ｓｐ２を互いに対向させて且つスイッチング素子Ｓｎ１及びスイッチング素子Ｓｎ２を互いに対向させる場合を示す。この場合には、放熱面を同一の面に揃えるようにすると、スイッチング素子Ｓｐ２，Ｓｎ２を、配線ｗ１〜ｗ３と配線ｗ４〜ｗ６とによって挟まれた領域に配置することとなるため、配線ｗ１〜ｗ３と配線ｗ４〜ｗ６との距離Ｌ２が上記距離Ｌ１よりも大きくなる。 On the other hand, as shown in FIG. 4, the switching element Sp1 and the switching element Sp2 are opposed to each other, and the switching element Sn1 and the switching element Sn2 are opposed to each other. In this case, if the heat dissipating surfaces are arranged on the same surface, the switching elements Sp2 and Sn2 are arranged in a region sandwiched between the wirings w1 to w3 and the wirings w4 to w6. A distance L2 between w3 and the wirings w4 to w6 is larger than the distance L1.
図５に、本実施形態にかかるインダクタンスの低減効果を示す。詳しくは、図５（ａ）には、配線幅「５ｍｍ」であって且つ配線長「２５ｍｍ」の２本の配線が、配線間隔「１５ｍｍ」にて配置された場合を示している。ただし、これらは互いに対向していない。これは、先の図４に示したものにおいて、例えばスイッチング素子Ｓｐ１からスイッチング素子Ｓｎ２に電流が流れる状態を想定している。ここで、「１００ｋＨｚ」にて規定量の電流を流した場合のインダクタンスは「１６，６ｎＨ」であった。これに対し、図５（ｂ）は、配線幅「５ｍｍ」であって且つ配線長「２５ｍｍ」の２本の配線が、配線間隔「１５ｍｍ」にて互いに対向して配置された場合を示している。これは、先の図２にて示したものにおいて、例えばスイッチング素子Ｓｐ１からスイッチング素子Ｓｎ２に電流が流れる状態を想定している。ここで、「１００ｋＨｚ」にて規定量の電流を流した場合のインダクタンスは「８，１ｎＨ」であった。このように、図５（ｂ）に示した例では、図５（ａ）に示した例と比較して、「５０％」もインダクタンスを低減することができている。 FIG. 5 shows the effect of reducing the inductance according to the present embodiment. Specifically, FIG. 5A shows a case where two wires having a wiring width “5 mm” and a wiring length “25 mm” are arranged with a wiring interval “15 mm”. However, they do not face each other. This is based on the assumption that a current flows from the switching element Sp1 to the switching element Sn2, for example, as shown in FIG. Here, the inductance when a specified amount of current was passed at “100 kHz” was “16,6 nH”. On the other hand, FIG. 5B shows a case where two wirings having a wiring width “5 mm” and a wiring length “25 mm” are arranged facing each other with a wiring interval “15 mm”. Yes. This is based on the assumption that a current flows from the switching element Sp1 to the switching element Sn2, for example, as shown in FIG. Here, the inductance when a specified amount of current was passed at “100 kHz” was “8, 1 nH”. Thus, in the example shown in FIG. 5B, the inductance can be reduced by “50%” as compared with the example shown in FIG.
なお、先の図２に示したように、本実施形態では、コンデンサ１４と電動機１０との間の配線の長さと、コンデンサ１６と電動機１０との間の配線の長さとを互いに同一としている。これにより、コンデンサ１４及び電動機１０を接続するループ回路と、コンデンサ１６及び電動機１０を接続するループ回路とのインダクタンスを互いに同一とすることができる。これにより、電動機１０の正回転制御時と逆回転制御時との切り替え時等におけるノイズの低減を図っている。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the length of the wiring between the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。 According to the embodiment described in detail above, the following effects can be obtained.
（１）コンデンサ１４の正極側及び電動機１０を接続する配線とコンデンサ１４の負極側及び電動機１０を接続する配線とを互いに対向させるとともに、コンデンサ１６の正極側及び電動機１０を接続する配線とコンデンサ１６の負極側及び電動機１０を接続する配線とを互いに対向させた。これにより、これら各一対の配線間に負の相互インダクタンスが発生するため、これら各一対の配線の寄生インダクタンスを低減することができる。したがって、サージをより適切に低減することができる。
(1) The wiring connecting the positive electrode side of the
（２）電動機１０の一方の端子に接続されるスイッチング素子Ｓｎ２の出力端子と、他方の端子に接続されるスイッチング素子Ｓｐ１の入力端子とを接続するコンデンサ１４と、電動機１０の他方の端子に接続されるスイッチング素子Ｓｎ１の出力端子と、一方の端子に接続されるスイッチング素子Ｓｐ２の入力端子とを接続するコンデンサ１６とを、各別に備えた。これにより、スイッチング素子Ｓｐ１、電動機１０、スイッチング素子Ｓｎ２及びコンデンサ１４にて構成されるループ回路と、スイッチング素子Ｓｐ２、電動機１０、スイッチング素子Ｓｎ１及びコンデンサ１６にて構成されるループ回路とのそれぞれの囲むループ面積を低減することができる。このため、これら各ループ回路の寄生インダクタンスを低減することができる。
(2) Connected to the
（３）コンデンサ１４及び電動機１０を備えて構成されるループ回路とコンデンサ１６及び電動機１０を備えて構成されるループ回路とのそれぞれにおいて、互いに対向する配線のインダクタンスを互いに同一とした。これにより、これら互いに対向する配線を流れる電流が逆となることに起因した負の相互インダクタンスによる寄生インダクタンスの低減効果を高めることができる。
(3) In the loop circuit configured with the
（４）上記各ループ回路を構成する配線のインダクタンスを、互いに同一とした。これにより、電動機１０の正回転制御と逆回転制御との間の切り替え時等において生じ得るノイズを好適に抑制することができる。
(4) The inductances of the wirings constituting each of the loop circuits are the same. Thereby, the noise which may arise at the time of switching between the forward rotation control of the
（５）スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２を、その放熱面側から見た入力端子及び出力端子の配置が同一に形成されているものとした。これにより、スイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｎ１，Ｓｎ２の放熱を適切に行いつつも、上記負の相互インダクタンスによる寄生インダクタンス低減効果を適切に発揮することができる。 (5) The switching elements Sp1, Sp2, Sn1, and Sn2 are assumed to have the same arrangement of input terminals and output terminals as viewed from the heat radiation surface side. Thereby, the parasitic inductance reduction effect due to the negative mutual inductance can be appropriately exhibited while appropriately radiating the switching elements Sp1, Sp2, Sn1, and Sn2.
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
(Other embodiments)
Each of the above embodiments may be modified as follows.
・上記実施形態では、高電位側のスイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２と低電位側のスイッチング素子Ｓｎ１，Ｓｎ２として、ともにＮチャネルＭＯＳトランジスタを用いたが、これに限らない。例えば、ＰチャネルＭＯＳトランジスタや、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを用いてもよい。ここで例えば、高電位側のスイッチング素子Ｓｐ１，Ｓｐ２として、ＰチャネルＭＯＳトランジスタを用いて且つ低電位側のスイッチング素子Ｓｎ１，Ｓｎ２として、ＮチャネルＭＯＳトランジスタを用いることも考えられる。ただし、この場合、配線ｗ１〜ｗ３と配線ｗ４〜ｗ６とを極力近接させるためには、ＮチャネルＭＯＳトランジスタとＰチャネルＭＯＳトランジスタとで放熱面から見たソース端子ＳＴとドレイン端子ＤＴとの配置が逆となるものを用いることが望ましい。 In the above embodiment, N-channel MOS transistors are used as the high-potential side switching elements Sp1 and Sp2 and the low-potential side switching elements Sn1 and Sn2, but the present invention is not limited to this. For example, a P channel MOS transistor or an insulated gate bipolar transistor may be used. Here, for example, P-channel MOS transistors may be used as the high-potential side switching elements Sp1 and Sp2, and N-channel MOS transistors may be used as the low-potential side switching elements Sn1 and Sn2. However, in this case, in order to make the wirings w1 to w3 and the wirings w4 to w6 as close as possible, the arrangement of the source terminal ST and the drain terminal DT as viewed from the heat radiation surface between the N channel MOS transistor and the P channel MOS transistor is required. It is desirable to use the opposite.
・上記実施形態では、一方の端子側の高電位側のスイッチング素子Ｓｐ１の入力端子(ドレイン端子ＤＴ)と他方の端子側の低電位側のスイッチング素子Ｓｎ２の出力端子(ソース端子ＳＴ)との間と、他方の端子側の高電位側のスイッチング素子Ｓｐ２の入力端子(ドレイン端子ＤＴ)と一方の端子側の低電位側のスイッチング素子Ｓｎ２の出力端子(ソース端子ＳＴ)との間とに、それぞれコンデンサ１４、１６を備えたがこれに限らない。例えば、これらの間を単一のコンデンサと接続する場合であっても、配線ｗ１と配線ｗ４とを対向させたり、配線ｗ２と配線ｗ５とを対向させたり、配線ｗ３と配線ｗ６とを対向させたりすることで、これら配線ｗ１〜ｗ６の寄生インダクタンスを低減することはできる。
In the above embodiment, between the input terminal (drain terminal DT) of the switching element Sp1 on the high potential side on one terminal side and the output terminal (source terminal ST) of the switching element Sn2 on the low potential side on the other terminal side. Between the input terminal (drain terminal DT) of the high-potential side switching element Sp2 on the other terminal side and the output terminal (source terminal ST) of the low-potential side switching element Sn2 on one terminal side, respectively. Although it provided with the
・コンデンサ１４の正極側と電動機１０とを接続する配線とコンデンサ１４の負極側と電動機１０とを接続する配線との寄生インダクタンスを同一としたり、コンデンサ１６の正極側と電動機１０とを接続する配線とコンデンサ１６の負極側と電動機１０とを接続する配線との寄生インダクタンスを同一としたりする設定としては上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、配線ｗ１のうちのスイッチング素子Ｓｐ１から電動機１０に接続されるまでの部分及び配線ｗ２の長さの和と、配線ｗ４のうちのスイッチング素子Ｓｎ２から電動機１０に接続されるまでの部分及び配線ｗ５の長さの和とが相違する場合であっても、これらの配線の幅を調節することで、コンデンサ１４の正極側と電動機１０とを接続する配線とコンデンサ１４の負極側と電動機１０とを接続する配線との寄生インダクタンスを同一とすることができる。
The parasitic inductance of the wiring connecting the positive electrode side of the
・コンデンサ１４と電動機１０とを接続するループ回路とコンデンサ１６と電動機１０とを接続するループ回路との寄生インダクタンスを同一とする設定としては、上記実施形態で例示したものに限らない。例えば、配線の長さが相違する場合であっても、その幅を調節することでこれらの寄生インダクタンスを同一とすることができる。
The setting for making the parasitic inductances of the loop circuit connecting the
・コンデンサ１４の正極側と電動機１０とを接続する配線とコンデンサ１４の負極側と電動機１０とを接続する配線との寄生インダクタンスを同一としたり、コンデンサ１６の正極側と電動機１０とを接続する配線とコンデンサ１６の負極側と電動機１０とを接続する配線との寄生インダクタンスを同一としたりするものにも限らない。例えば、配線ｗ１のうちのスイッチング素子Ｓｐ１から電動機１０に接続されるまでの部分及び配線ｗ２と、配線ｗ４のうちのスイッチング素子Ｓｎ２から電動機１０に接続されるまでの部分及び配線ｗ５との少なくとも１部を対向して配置するだけでも、これらを流れる電流が互いに逆方向となるために、これら双方のインダクタンスを低減することはできる。同様に、配線ｗ１のうちのスイッチング素子Ｓｎ１から電動機１０に接続されるまでの部分及び配線ｗ３と、配線ｗ４のうちのスイッチング素子Ｓｐ２から電動機１０に接続されるまでの部分及び配線ｗ６とについても、これらの少なくとも１部を対向させることで、インダクタンスを低減することはできる。
The parasitic inductance of the wiring connecting the positive electrode side of the
・更に、配線を対抗させるものに限らず、例えば、図６に示すように、スイッチング素子Ｓｐ２から電動機１０に流れる電流の流通方向と、電動機１０からスイッチング素子Ｓｎ１に流れる電流の流通方向とのなす角（１８０°−θ）が鈍角となるようにすればよい。この場合であっても、電動機１０、スイッチング素子Ｓｐ２、Ｓｎ１、コンデンサにて形成されるループ回路の囲む面積を低減することができるため、寄生インダクタンスを低減することができる。更に、この場合であっても、これら一対の電流の流通方向のうちの一方の流通方向を他方の流通方向に射影した場合、射影成分の流通方向は他方の流通方向と逆となるため、これらの間には負の相互インダクタンスが発生する。このため、寄生インダクタンスをいっそう低減することができる。
Furthermore, not only the wiring is opposed, for example, as shown in FIG. 6, the flow direction of the current flowing from the switching element Sp2 to the
・回転機としては、上記電動機１０に限らず、例えばブラシ付き発電機や、ブラシレス電動機等であってもよい。
The rotating machine is not limited to the
１０…電動機、１４，１６…コンデンサ、Ｓｐ１，Ｓｐ２…スイッチング素子(高電位側スイッチング素子の一実施形態)、Ｓｎ１，Ｓｎ２…スイッチング素子（低電位側スイッチング素子の一実施形態）、ｗ１〜ｗ６…配線。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記回転機の２つの端子のうちの一方の端子から低電位側スイッチング素子へと流れる電流の流通方向と、前記高電位側スイッチング素子から前記回転機の他方の端子へと流れる電流の流通方向となす角が鈍角であることを特徴とする電力変換装置。 In a power conversion device including a high potential side switching element and a low potential side switching element that can selectively connect each of the two terminals of the rotating machine to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the power feeding unit,
The flow direction of current flowing from one of the two terminals of the rotating machine to the low potential side switching element, and the flow direction of current flowing from the high potential side switching element to the other terminal of the rotating machine, A power conversion device characterized in that an angle formed is an obtuse angle.
前記回転機の各端子について、該端子に接続される低電位側スイッチング素子と、他方の端子に接続される高電位側スイッチング素子とが互いに対向して配置されてなることを特徴とする電力変換装置。 In a power conversion device including a high potential side switching element and a low potential side switching element that can selectively connect each of the two terminals of the rotating machine to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the power feeding unit,
For each terminal of the rotating machine, a low-potential side switching element connected to the terminal and a high-potential side switching element connected to the other terminal are arranged to face each other. apparatus.
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