JP2021005982A - Power conversion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関し、特に、ノイズフィルタを備えた電力変換装置に適用して有効な技術に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a technique effective when applied to a power conversion device provided with a noise filter.
半導体スイッチの高速スイッチングにより電力(電圧及び電流)を変換する電力変換装置では、半導体スイッチのスイッチングによる高周波の電磁ノイズが発生し、周辺機器への電磁ノイズ障害が懸念されている。具体的には、一般的な電力変換装置は、整流回路、平滑回路、インバータ回路及び冷却体などを備えている。インバータ回路の半導体スイッチが高速スイッチングすると、出力端子の電位が対地電位に対して高速で変動する。これにより、半導体スイッチと、接地された冷却体との間の浮遊容量や、負荷と、接地された負荷ケースとの間の浮遊容量などを通してコモンモード電流と呼ばれる高周波電流が流れる。このコモンモード電流が電磁ノイズとして系統電源ラインに流れると、周辺の電磁ノイズに弱い電子機器を誤動作させる場合がある。近年は電力変換装置の高効率化及び小型化などのためにスイッチング速度が高周波化しており、電磁ノイズによる障害が問題となっている。 In a power converter that converts electric power (voltage and current) by high-speed switching of a semiconductor switch, high-frequency electromagnetic noise is generated by switching of the semiconductor switch, and there is a concern that electromagnetic noise may interfere with peripheral devices. Specifically, a general power conversion device includes a rectifier circuit, a smoothing circuit, an inverter circuit, a cooling body, and the like. When the semiconductor switch of the inverter circuit switches at high speed, the potential of the output terminal fluctuates at high speed with respect to the ground potential. As a result, a high-frequency current called a common mode current flows through the stray capacitance between the semiconductor switch and the grounded cooler, the stray capacitance between the load and the grounded load case, and the like. If this common mode current flows through the system power supply line as electromagnetic noise, electronic devices that are vulnerable to surrounding electromagnetic noise may malfunction. In recent years, the switching speed has become high in order to improve the efficiency and miniaturization of power converters, and obstacles due to electromagnetic noise have become a problem.
そこで、系統電源ラインへの電磁ノイズの流出を低減し、電磁ノイズによる障害を防止するために、電力変換装置では入力端にノイズフィルタを備えている。一般的なノイズフィルタは、リアクトル(コモンモードチョークコイル)、線間コンデンサ、接地コンデンサなどを備えている。しかしながら、ノイズフィルタは、電源系統への電磁ノイズの流出を抑制する効果がある一方で、接地コンデンサにより大地アースへの漏れ電流が増え、漏電遮断器の不要動作などの問題が発生する場合がある。電磁ノイズは接地コンデンサの容量が大きいほどバイパスできるため、電源系統へのノイズの流出を抑制できるが、逆に漏れ電流が増えてしまう。 Therefore, in order to reduce the outflow of electromagnetic noise to the system power supply line and prevent interference due to electromagnetic noise, the power conversion device is provided with a noise filter at the input end. A general noise filter includes a reactor (common mode choke coil), a line capacitor, and a ground capacitor. However, while the noise filter has the effect of suppressing the outflow of electromagnetic noise to the power supply system, the grounding capacitor increases the leakage current to the ground ground, which may cause problems such as unnecessary operation of the earth leakage breaker. .. Since electromagnetic noise can be bypassed as the capacity of the grounding capacitor increases, the outflow of noise to the power supply system can be suppressed, but on the contrary, the leakage current increases.
このような問題に対応する方法として、スイッチによりノイズフィルタの機能を有効及び無効に切り替える方式が特許文献1及び特許文献2に開示されている。
特許文献1では、ノイズフィルタ回路の接地ラインと筐体との間の導通及び非導通を切り替えることにより、ノイズフィルタ機能の有効及び無効を容易に切り替える方法が提案されている。この方法によれば、漏れ電流による問題が発生する場合には、ノイズフィルタと筐体との間を非導通状態にしてノイズフィルタ機能を概ね無効化することができる。
また、特許文献2では、スイッチによりフィルタ回路の接地コンデンサと接地電位との導通状態を切り替える方式が提案されている。
As a method for dealing with such a problem,
Further,
ところで、漏れ電流による問題は、電力変換装置の据付後に起きる場合が多い。このため、問題が起きた時にフィルタ回路の接地ラインと接地電位との導通状態及び非導通状態を切り替えるためには、電力変換装置を設備や盤などに据え付けた後でも作業者が作業し易い場所、例えば電力変換装置の前面側にフィルタ回路やスイッチを配置する必要がある。
一方、半導体スイッチを取り付けて冷却風の通風により半導体スイッチを冷却するための冷却体は、一般的に電力変換装置の背面側に配置される。冷却体は、接地電位と同電位とされると共に、筐体と導通されている。
By the way, the problem due to the leakage current often occurs after the installation of the power converter. Therefore, in order to switch between the conductive state and the non-conducting state of the ground line of the filter circuit and the ground potential when a problem occurs, a place where the operator can easily work even after installing the power conversion device on equipment or a panel. For example, it is necessary to arrange a filter circuit or a switch on the front side of the power converter.
On the other hand, a cooling body for attaching the semiconductor switch and cooling the semiconductor switch by ventilation of cooling air is generally arranged on the back side of the power conversion device. The cooling body has the same potential as the ground potential and is electrically connected to the housing.
したがって、フィルタ回路(電力変換装置の前面側)の接地ラインと、接地電位となる冷却体とを導通させるためには、電力変換装置の奥行き方向に長い配線(金属スペーサ,ケーブルや銅バーなども有り得る)が必要になる。この配線が長いほど接地電位へのバイパス経路のインピーダンスが高くなるため、ノイズをバイパスし難くなり、フィルタのノイズ減衰効果が低下してしまう。これにより、フィルタ回路の接地ラインと接地電位を接続する配線は最短とすることが望ましい。 Therefore, in order to conduct the grounding line of the filter circuit (front side of the power converter) and the cooling body that becomes the grounding potential, long wiring (metal spacers, cables, copper bars, etc.) in the depth direction of the power converter is also required. (Possible) is needed. The longer this wiring, the higher the impedance of the bypass path to the ground potential, making it difficult to bypass noise and reducing the noise attenuation effect of the filter. Therefore, it is desirable that the wiring connecting the ground line of the filter circuit and the ground potential is the shortest.
また、特許文献1では、ネジの取り付け及び取り外しの作業性を確保するため、電力変換装置の前面側にフィルタ回路及びフィルタスイッチを配置している。フィルタ機能を有効化した場合は、フィルタ回路を筐体と接続することで接地電位と同電位としている。このため、フィルタ回路からフィルタスイッチを介して筐体(接地電位)に至るまでの配線は短い。
しかしながら、この場合、半導体スイッチのスイッチングにより発生した電磁ノイズが、筐体と冷却体を介してノイズ源である半導体スイッチに帰還する経路を通る。このとき、静電結合や電磁結合により一部の電磁ノイズが筐体から内部の配線や回路部品へ流入し、別の経路で系統電源側に流出する可能性がある。すなわち、フィルタを介さずに系統電源側に流れる経路ができるため、フィルタ機能を活かせない。
Further, in
However, in this case, the electromagnetic noise generated by the switching of the semiconductor switch passes through a path that returns to the semiconductor switch, which is a noise source, via the housing and the cooling body. At this time, some electromagnetic noise may flow from the housing into the internal wiring or circuit components due to electrostatic coupling or electromagnetic coupling, and may flow out to the system power supply side by another route. That is, the filter function cannot be utilized because a path that flows to the system power supply side is created without passing through the filter.
したがって、フィルタ回路あるいは接地コンデンサでバイパスしたノイズは最短距離で半導体スイッチに帰還させることが望ましく、換言すれば、最短距離で冷却体と接続することが望ましい。
そこで、本発明者らは、冷却体の主面上での電子部品の配置に着目し、本発明をなした。
本発明の目的は、フィルタ回路の電磁ノイズ低減効果の低下を抑制することが可能な電力変換装置を提供することにある。
Therefore, it is desirable that the noise bypassed by the filter circuit or the ground capacitor is fed back to the semiconductor switch at the shortest distance, in other words, it is desirable to connect to the cooler at the shortest distance.
Therefore, the present inventors have focused on the arrangement of electronic components on the main surface of the cooling body, and have made the present invention.
An object of the present invention is to provide a power conversion device capable of suppressing a decrease in the electromagnetic noise reduction effect of a filter circuit.
本発明の一態様に係る電力変換装置は、電力を変換する半導体スイッチを有する半導体装置と、半導体スイッチのスイッチングにより発生する電磁ノイズの電源系統への伝導を低減するフィルタ回路と、フィルタ回路を構成する接地コンデンサが実装され、かつ接地コンデンサが接続された接地ラインを有するフィルタ基板と、主面上に半導体装置及びフィルタ基板が主面と平行な方向に並設された冷却体と、フィルタ基板の接地ラインと冷却体の主面との間の導通及び非導通を切り替える切替機構と、を備えている。 The power conversion device according to one aspect of the present invention comprises a semiconductor device having a semiconductor switch for converting power, a filter circuit for reducing conduction of electromagnetic noise generated by switching the semiconductor switch to the power supply system, and a filter circuit. A filter substrate having a grounding line on which a grounding capacitor is mounted and a grounding capacitor is connected, a cooling body in which a semiconductor device and a filter substrate are arranged side by side on the main surface in a direction parallel to the main surface, and a filter substrate. It is provided with a switching mechanism for switching between conduction and non-conduction between the grounding line and the main surface of the cooling body.
本発明の一態様によれば、フィルタ回路の電磁ノイズ低減効果の低下を抑制することが可能な電力変換装置を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a power conversion device capable of suppressing a decrease in the electromagnetic noise reduction effect of the filter circuit.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
また、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものではない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
また、以下の実施形態では、空間内で互に直交する三方向において、同一平面内で互に直交する第1の方向及び第2の方向をそれぞれX方向、Y方向とし、第1の方向及び第2の方向のそれぞれと直交する第3の方向をZ方向とする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In all the drawings for explaining the embodiment of the invention, those having the same function are designated by the same reference numerals, and the repeated description thereof will be omitted.
In addition, each drawing is schematic and may differ from the actual one. In addition, the following embodiments exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and do not specify the configuration to the following. That is, the technical idea of the present invention can be modified in various ways within the technical scope described in the claims.
Further, in the following embodiment, in the three directions orthogonal to each other in the space, the first direction and the second direction orthogonal to each other in the same plane are set to the X direction and the Y direction, respectively, and the first direction and the second direction The third direction orthogonal to each of the second directions is defined as the Z direction.
また、本明細書において、「主電極」とは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)においてエミッタ電極又はコレクタ電極の何れか一方となる電極を意味する。電界効果トランジスタ(FET)や静電誘導トランジスタ(SIT)においてはソース電極又はドレイン電極の何れか一方となる電極を意味する。より具体的には、上記の「一方となる電極」を「第1主電極」として定義すれば、「他方の電極」は「第2主電極」となる。即ち、「第2主電極」とは、IGBTにおいては第1主電極とはならないエミッタ電極又はコレクタ電極の何れか一方となる電極、FET,SITにおいては上記第1主電極とはならないソース電極又はドレイン電極の何れか一方となる電極を意味する。以下の実施形態では、半導体スイッチとしてのIGBTに着目して説明するので、エミッタ電極を「第1主電極」、コレクタ電極を「第2主電極」と呼ぶ。 Further, in the present specification, the “main electrode” means an electrode that is either an emitter electrode or a collector electrode in an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). In a field effect transistor (FET) or a static induction transistor (SIT), it means an electrode that is either a source electrode or a drain electrode. More specifically, if the above "one electrode" is defined as the "first main electrode", the "other electrode" becomes the "second main electrode". That is, the "second main electrode" is an electrode that is either an emitter electrode or a collector electrode that does not become the first main electrode in IGBT, and a source electrode that does not become the first main electrode in FET and SIT. It means an electrode that is one of the drain electrodes. In the following embodiment, since the IGBT as a semiconductor switch will be described, the emitter electrode will be referred to as a “first main electrode” and the collector electrode will be referred to as a “second main electrode”.
(第1実施形態)
図1及び図2に示すように、本発明の第1実施形態に係る電力変換装置1は、フィルタ回路10と、整流回路20と、平滑回路30と、インバータ回路40と、切替機構50と、筐体60及び冷却体61(図3参照)とを備えている。
また、第1実施形態に係る電力変換装置1は、系統電源として例えば商用三相電源2の配線が接続される入力端子台3と、入力端子台3から整流回路20に亘って商用三相電源2のU相,V相,W相の各々に対応して設けられた3つの電源経路4U,4V,4Wを備えている。また、第1実施形態に係る電力変換装置1は、整流回路20からインバータ回路40に亘って設けられた正極ライン5P及び負極ライン5Nを備えている。また、第1実施形態に係る電力変換装置1は、インバータ回路40の出力ノード部Nd3(図2参照)と接続された出力端子台6を備え、この出力端子台6には負荷として例えば三相誘導電動機9が接続される。
(First Embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
Further, the
整流回路20は、例えばダイオード21のブリッジ接続で構成され、3つの電源経路4U,4V,4Wで供給された交流電力を直流電力に変換する。平滑回路30は、正極ライン5Pに直列接続で挿入された直流リアクトル31と、正極ライン5Pと負極ライン5Nとの間に並列接続で挿入された2つの電解コンデンサ32とで構成されている。2つの電解コンデンサ32は、直列に接続されている。
The
インバータ回路40は、図2に示すように、3つの半導体装置41(41U,41V,41W)を備えている。3つの半導体装置(パワー半導体装置)41は、例えば三相誘導電動機9のU相,V相,W相に対応して設けられている。そして、3つの半導体装置41は、上アーム42aとしての半導体スイッチS1と、下アーム42bとしての半導体スイッチS2とを直列接続した構成になっている。そして、半導体スイッチS1及びS2の各々には整流素子Diが並列に逆接続されている。すなわち、3つの半導体装置41の各々は、2つの半導体スイッチS1及びS2を直列接続した1レグで構成されている。半導体スイッチS1,S2及び整流素子Diは、例えばSiC、GaNなどのワイドバンドギャップ半導体からなる基板を主体とする半導体チップで構成されている。
As shown in FIG. 2, the
半導体スイッチS1は、第2主電極(C)が正極ライン5Pと電気的に接続され、第1主電極(E)が半導体スイッチS2の第2主電極(C)と電気的に接続されている。半導体スイッチS2の第1主電極(E)は、負極ライン5Nと電気的に接続されている。
3つの半導体装置41おいて、各々の一方の入力ノード部Nd1は、正極ライン5Pと電気的に接続され、各々の他方の入力ノード部Nd2は、負極ライン5Nと電気的に接続されている。すなわち、3つの半導体装置41の各々は、正極ライン5Pと負極ライン5Nとの間において並列に接続されている。
インバータ回路40は、3つの半導体装置41の各々の半導体スイッチS1,S2にゲート駆動回路から出力されるゲート信号(制御信号)が入力されることにより、各半導体装置41の出力ノード部Nd3から、U相のモータ駆動電流、V相のモータ駆動電流及びW相のモータ駆動電流が三相誘導電動機9のモータ巻線に通電される。
In the semiconductor switch S1, the second main electrode (C) is electrically connected to the
In the three
In the
3つの半導体装置41の各々は、2つの半導体スイッチS1,S2及び2つの整流素子Diを1つの封止体で封止した2in1タイプのパッケージ構造になっている。そして、3つの半導体装置41の各々は、封止体の上面側に、正極外部端子、負極外部端子、出力外部端子及び4つの制御外部端子をそれぞれ備えている。正極外部端子は、図2の入力ノード部Nd1に対応し、半導体スイッチS1の第2主電極(C)と電気的に接続されている。負極外部端子は、図2の入力ノード部Nd2に対応し、半導体スイッチS2の第1主電極(E)と電気的に接続されている。出力外部端子は、図2の出力ノード部Nd3に対応し、半導体スイッチS1の第1主電極(E)及び半導体スイッチS2の第2主電極(C)と電気的に接続されている。4つの制御外部端子のうち、上アーム42a用の制御外部端子2つは、図2に示すように、一方が上アーム42aである半導体スイッチS1の制御電極(G)と電気的に接続され、他方が半導体スイッチS1の第1主電極(E)と電気的に接続され、ゲート駆動回路から出力されるゲート信号(制御信号)が入力される。下アーム42b用の制御外部端子2つは、一方が下アーム42bである半導体スイッチS2の制御電極(G)と電気的に接続され、他方が半導体スイッチS2の第1主電極(E)と電気的に接続され、ゲート駆動回路から出力されるゲート信号(制御信号)が入力される。すなわち、3つの半導体装置41の各々は、制御外部端子に入力される制御信号により、直列接続された2つの半導体スイッチS1及びS2が正極外部端子及び負極外部端子間の電気的接続をオン・オフするように構成されている。
Each of the three
図1に示すように、フィルタ回路10は、リアクトル(コモンモードチョークコイル)11と、線間コンデンサ12と、接地コンデンサ13と、接地ライン14を有するフィルタ基板15とを備え、半導体スイッチS1,S2のスイッチングにより発生する電磁ノイズの電源系統への伝導を抑制する。リアクトル11は、3つの電源経路4U,4V,4Wの各々に直列接続で挿入されている。線間コンデンサ12は、Xコンデンサとも呼ばれ、リアクトル11の上流側(入力端子台3側)において、3つの電源経路4U,4V,4Wの間に並列接続でそれぞれ挿入されている。接地コンデンサ13は、Yコンデンサとも呼ばれ、リアクトル11の下流側(整流回路20側)において、3つの電源経路4U,4V,4Wと接地ライン14との間に並列接続でそれぞれ挿入されている。線間コンデンサ12及び接地コンデンサ13はフィルタ基板15に実装され、リアクトル11はフィルタ基板15の周囲に配置されている。
As shown in FIG. 1, the
図3及び図4に示すように、筐体60は、主面61a(図6参照)を有する冷却体61が底部に設けられた有底枠体(有底筒体)62と、有底枠体62の開口側を塞ぐように有底枠体62に開閉自在に設けられた蓋体63と、有底枠体62及び蓋体63で形成される収納部(キャビティ)64とを有する。そして、筐体60は、図4及び図5に示すように、冷却体61の主面61aと直交方向(深さ方向)に収納部64を冷却体61側から2段の第1収納部64a及び第2収納部64bに仕切り分けする仕切り体65を有する。仕切り体65は、複数の金属板で構成されている。電源経路4U,4V,4W、正極ライン5P、負極ライン5N、フィルタ回路10、整流回路20、平滑回路30、インバータ回路40及び切替機構50などは下段の第1収納部64aに収納され、第1収納部64aは強電部となっている。上段の第2収納部64bはゲート駆動回路や制御回路(CPUなど)などが収納された弱電部となっている。また,電力変換装置の据付時の配線作業に用いる入力端子台3,出力端子台6なども上段の第2収納部64bに配置されている。そして、仕切り体65は、図5に示すように、切替機構50と対向する位置に開口部65aを有する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
図6に示すように、半導体装置41、電解コンデンサ32及びフィルタ基板15は、冷却体61の主面61aと平行な方向に並んで取り付けられている。具体的には、2つの電解コンデンサ32は、各々の長手方向をX方向に揃えた状態でX方向と直交するY方向に配列されている。すなちわ、2つの電解コンデンサ32は冷却体61の主面61aに寝かせた状態で取り付けられている。3つの半導体装置41は、X方向において、2つの電解コンデンサ32の隣に配置されている。フィルタ基板15は、Y方向において、電解コンデンサ32及び半導体装置41の隣に配置されている。
As shown in FIG. 6, the
図6に示すように、冷却体61は、その主面61aとは反対側に、X方向に延伸し、かつY方向に所定の間隔をおいて配置された複数の冷却フィン61bを有する。そして、冷却体61は、隣接する2つの冷却フィン61bの間の通路に冷却媒体を流通させるもしくは冷却フィン61bから自然に放熱することにより、冷却体61の主面61aに取り付けられた半導体装置41及び電解コンデンサ32などの発熱部品を冷却する。
冷却体61は、導電性の材料で形成されている。そして、冷却体61は、外部から接地電線が接続される入力端子台3及び出力端子台6の接地端子と導体を介して電気的に接続されている。すなわち、冷却体61は接地電位に電位固定される。
As shown in FIG. 6, the cooling
The cooling
図6及び図7に示すように、フィルタ基板15は、例えば絶縁性の材料からなる柱状の支持体16を介して冷却体61の主面61aに支持されている。フィルタ基板15は、冷却体61の主面61aとの間に支持体16を除いて何も挟まず、あるいは冷却体61と接続された部品以外を挟まずに冷却体61の主面61a上に配置して冷却体61の主面61aとの間の距離L1を出来るだけ短くすることが好ましい。更に、フィルタ基板15と冷却体61の主面61aとの間の距離L1は、冷却体61の主面61aに寝かせた状態で配置された電解コンデンサ32の最頂部から冷却体61の主面61aまでの高さH1よりも低くすることがより好ましい。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
図8及び図9に示すように、切替機構50は、フィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61の主面61aとの間の導通及び非導通を切り替える。切替機構50は、冷却体61の主面61aに冷却体61と電気的に導通して設けられた導電性接続部として、例えば雌ネジ孔51を具備する。また、切替機構50は、冷却体61の主面61aに冷却体61から絶縁して設けられた絶縁性接続部として、例えば一端側が冷却体61の主面61aに固定され、他端側に雌ネジ孔が設けられた絶縁性スペーサ52を具備する。また、切替機構50は、一端側がフィルタ基板15の接地ライン14に電気的及び機械的に接続され、他端側が冷却体61の雌ネジ孔51(導電性接続部)又は絶縁性スペーサ52の雌ネジ孔(絶縁性接続部)の何れか一方に着脱自在に接続されるケーブル(電線)53を具備する。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
切替機構50は、図8に示すように、ケーブル53の他端側に設けられた雄ネジ54と冷却体61の主面61aの雌ネジ孔51とを締結固定することにより、フィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61とを電気的に導通させることができる。また、切替機構50は、図9に示すように、ケーブル53の他端側に設けられた雄ネジ54と絶縁スペーサ52の雌ネジ孔とを締結固定することにより、フィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61とを電気的に分離させる(非導通にする)ことができる。雄ネジ54の長さ及び絶縁性スペーサ52の長さは、絶縁性スペーサ52に雄ネジ54を固定したときに雄ネジ54と冷却体61との間に適切な絶縁距離を保てる長さにする。
As shown in FIG. 8, the
ここで、接地コンデンサ13の働きによる電磁ノイズ低減効果は、切替機構50により、フィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61とを電気的に導通させることで得られる。一方、接地コンデンサ13からの漏れ電流により漏電遮断器の不要動作などの問題が発生した際は、切替機構50により、フィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61とを電気的に分離させる。
Here, the electromagnetic noise reduction effect due to the action of the grounding
次に、この第1実施形態の主要な効果について説明する。
従来のように、冷却体61の主面61aとフィルタ基板15との間に半導体装置41や電解コンデンサ32などを配置する場合は、半導体装置41や電解コンデンサ32の高さやそれらとの絶縁距離を考慮すると冷却体61の主面61aとフィルタ基板15との間の距離L1が長くなる。これに対し、この第1実施形態に係る電力変換装置1では、フィルタ基板15及び半導体装置41が冷却体61の主面61aに冷却体61の主面61aと平行な方向に並んで配置されており、冷却体61の主面61aとフィルタ基板15との間に半導体装置41が配置されていないため、従来のように冷却体61の主面61aとフィルタ基板15との間に半導体装置41を配置した場合と比較して、冷却体61の主面61aとフィルタ基板15との間の距離L1を小さくすることができる。これにより、切替機構50でフィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61とを導通させた際、接地コンデンサ13から接地電位の冷却体61までのインピーダンスを小さくすることができる。すなわち、切替機構50でフィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61とを導通させた際の、電磁ノイズのバイパス経路のインピーダンス(バイパスの阻害要因)を小さくすることができるため、フィルタ回路10の電磁ノイズ減衰効果の低下を抑制することができる。
Next, the main effects of this first embodiment will be described.
When the
また、ノイズ源である半導体スイッチS1,S2への帰還経路を短くすることができる
ため、電磁ノイズが電磁結合や誘導結合により周辺の配線や部品へ流入することを抑制でき、フィルタ回路10を介さずに系統電源側へノイズが流出することを抑制できる。
そして、この第1実施形態に係る電力変換装置1は、電磁ノイズのバイパス経路として筐体60を含まないため、筐体60が板金などの伝導体ではなく、樹脂などの絶縁物で構成されている場合でも適用できる。
Further, since the feedback path to the semiconductor switches S1 and S2, which are noise sources, can be shortened, it is possible to suppress the inflow of electromagnetic noise to the surrounding wiring and components due to electromagnetic coupling or inductive coupling, and the noise can be suppressed via the
Since the
また、この第1実施形態に係る電力変換装置1では、フィルタ基板15及び電解コンデンサ32が冷却体61の主面61aに冷却体61の主面61aと平行な方向に並んで配置されており、電解コンデンサ32が冷却体61の主面61aとフィルタ基板15との間に配置されていないため、従来のように冷却体61の主面61aとフィルタ基板15との間に電解コンデンサ32を配置した場合と比較して、冷却体61の主面61aとフィルタ基板15との間の距離L1を小さくすることができる。
更に、この第1実施形態に係る電力変換装置1では、フィルタ基板15が冷却体61の主面61aとの間に支持体16を除いて何も挟まず、冷却体61の主面61a上に配置されているので、冷却体61の主面61aとフィルタ基板15との間の距離L1を最も小さくすることができる。
Further, in the
Further, in the
この第1実施形態に係る電力変換装置1では、筐体60の第2収納部64b内において、切替機構50が筐体60の背面側(底部側)の冷却体61と隣接している。電力変換装置1の据付後に漏れ電流による問題が起き、切替機構50により、フィルタ基板15の接地ライン14を非導通としたい場合、電力変換装置1の前面側の蓋体63を開けてから人の手や工具でアクセスして切替機構50を操作する必要がある。このため、切替機構50が筐体60の背面側に近い場所にあると、切替機構50へのアクセスが難しく、操作がし難い。
そこで、この第1実施形態に係る電力変換装置1では、仕切り体65の切替機構50と対向する位置に開口部65aが設けられているので、作業者による切替機構50へのアクセスを容易に行うことができる。
In the
Therefore, in the
なお、フィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61の主面61aとの導通及び非導通を切り替える切替機構50は、上述の第1実施形態に限定されない。導通及び非導通を切り替えるスイッチを設け、スイッチの一方の端子をフィルタ基板15の接地ライン14に、もう一方の端子を冷却体61の主面61aに設けたネジ孔に接続してもよい。これにより、スイッチの切り替えにより、接地コンデンサ13と接地電位の導通及び非導通を切り替えることができる。
The
また、フィルタ基板15の接地ライン14の下部に、金属などの導電体で構成された導通用スペーサと樹脂などの絶縁物で構成された非導通用スペーサを設けても良い。スペーサはそれぞれ冷却体と接続している。導通用スペーサと接地ラインを導電性のネジで接続することで、フィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61とが導通する。一方、導通用スペーサのネジを外した上で、非導通用スペーサと接地ラインを外したネジで接続することで、フィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61とを非導通にすることができる。
Further, a non-conducting spacer made of a conductive material such as metal and an insulator such as resin may be provided below the
(第2実施形態)
図10に示すように、この第2実施形態に係る電力変換装置1Aは、上述の第1実施形態に係る電力変換装置1の切替機構50に換えて切替機構50Aを備えている。その他の構成は第1実施形態と同様である。
この第2実施形態の切替機構50Aは、一端側が冷却体61の主面61aに電気的及び機械的に接続されたケーブル55を具備する。また、この第2実施形態の切替機構50Aは、フィルタ基板15の接地ライン14に電気的及び機械的に接続された第1ソケット56a、及びフィルタ基板15の接地ライン14から電気的に分離され、フィルタ基板15に機械的に接続された第2ソケット56bの何れか一方に差込まれるプラグ57がケーブル55の他端側に電気的及び機械的に接続されたコネクタ58を具備する。そして、この第2実施形態の切替機構50Aは、第1ソケット56a及び第2ソケット56bの何れか一方にプラグ57を差し込むことにより、フィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61の主面61aとの間の導通及び非導通を切り替える。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 10, the
The switching mechanism 50A of the second embodiment includes a
この第2実施形態の切替機構50Aは、ドライバなどの工具が不要でフィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61の主面61aとの間の導通及び非導通の切り替えを行えるので、切り替え操作が容易である。
また、上述の第1実施形態の切替機構50のようなネジ式では、電力変換装置1を作業者側から見て切替機構50が奥の方にある場合に、締め付け時の力が伝わり難く、締め付け不足による接触不良が起きる可能性がある。これに対し、この第2実施形態の切替機構50Aのようなコネクタ式では、挿入時にカチッと嵌まる手ごたえを確認することができ、確実に接触させることができる。
Since the switching mechanism 50A of the second embodiment can switch between conduction and non-conduction between the grounding
Further, in the screw type such as the
また、切替機構50Aをコネクタ式にすることのメリットとして、ケーブル55を短くできることが挙げられる。第1実施形態の切替機構50のようなネジ式では、フィルタ基板15一端側が垂直に半田付けされたケーブル53の他端側を冷却体61の雌ネジ孔51に接続する。このため、ケーブル53は、フィルタ基板15の接地ライン14から垂直方向に立ち上がって延伸する第1部分と、この第1部分から外方にループを描きながら延伸する第2部分と、この第2部分から冷却体61の雌ネジ孔51又は絶縁性スペーサ52に向かって延伸する第3部分とを有する。すなわち、ネジ式では、ケーブル53に第2部分に相当する曲げR分が必要となる。
Further, as a merit of making the switching mechanism 50A a connector type, the
一方、この第2実施形態の切替機構50Aのようなコネクタ式では、ケーブル55の他端側をフィルタ基板15に水平方向に配置できるため、ネジ式での曲げR分が不要であり、ケーブル55の長さをより短くすることができる。
ここで、コネクタ式は部品点数が多く、作業個数が多くなるので、従来はデメリットと考えられてきた。第1実施形態で示したネジ式では、上述のように、フィルタ基板15一端側が垂直に半田付けされたケーブル53の他端側を冷却体61の雌ネジ孔51に接続する。したがって、部品点数は最小で2点(ケーブル付きフィルタ基板15,雄ネジ54)となる。一方、この第2実施形態で示したコネクタ式は、ケーブル55の一端側を冷却体61の主面61aにネジ止め固定し、ケーブル55の他端側に設けられたプラグ57をソケット56a,56bに差し込んで接続する。したがって、関連する部品点数は3点となる(ソケット付きフィルタ基板15,プラグ付きのケーブル55,ネジ)。すなわち、従来は、コネクタ式にすると部品点数が多く、作業工数が多くなる点がデメリットであった。
On the other hand, in the connector type such as the switching mechanism 50A of the second embodiment, since the other end side of the
Here, since the connector type has a large number of parts and a large number of operations, it has been considered to be a disadvantage in the past. In the screw type shown in the first embodiment, as described above, the other end side of the
しかしながら、ソケット式では、曲げRをなくし、ケーブル55の長さを短くできることでフィルタ回路10の電磁ノイズ低減効果の低下を抑えることができるため、フィルタ回路10の電磁ノイズ低減効果を最大限に活かしたい場合にはコネクタ式とすることにメリットがある。
However, in the socket type, since the bending R can be eliminated and the length of the
なお、この第2実施形態では、切替機構50Aを2つのソケット(第1ソケット56a,第2ソケット56b)の何れか一方にプラグ57を差し込む構成としたが、ソケットの数は2つに限定されない。例えば1つのソケットをフィルタ基板15の接地ライン14に導通させて設置する。そして、一端側が冷却体61の主面61aに導通接続されたケーブル55の他端側に導通接続されたプラグ57をソケットに差し込むことでフィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61とを導通させる。そして、ソケットからプラグ57を抜くことでフィルタ基板15の接地ライン14と冷却体61の主面61aとを非導とするようにしてもよい。
In the second embodiment, the switching mechanism 50A is configured to insert the
また、導通用の第1ソケット56a及び非導通用の第2ソケット56bは同色としてもよいが、導通用の第1ソケット56aと非導通用の第2ソケット56bとで色分けしてもよい。例えば、導通用の第1ソケット56aを赤、非導通用の第2ソケット56bを白とする。これにより、導通用の第1ソケット56aと非導通用の第2ソケット56bとの区別が付き易く、差し込み間違いを防ぐことができる。また、区別が付き易くなるので、現在の状態が導通か非導通かも一目瞭然である。
Further, the
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態に係る電力変換装置1Bは、上述の第2実施形態の電力変換装置1Aとほぼ同様の構成になっており、以下の構成が異なっている。
すなわち、図11に示すように、この第3実施形態に係る電力変換装置1Bは、第1ソケット56a及び第2ソケット56bが、フィルタ基板15の第1及び第2ソケット56a,56b側の辺15aに対して斜めに配置されている。このように、第1及び第2ソケット56a,56bを斜めに配置することにより、第1及び第2ソケット56a,56bにプラグ57を抜き差しするときに必要なストロークを考えた場合に、第1及び第2ソケット56a,56bをフィルタ基板15の辺15aに対して平行や直交に配置する場合と比較して狭い開口部65aでも抜き差しの操作が可能となる。したがって、開口部65aが狭くても操作性が良好な切替機構50Aとすることができる。
(Third Embodiment)
The
That is, as shown in FIG. 11, in the
なお、上述の第1実施形態から第3実施形態では、線間コンデンサ12及び接地コンデンサ13が実装されたフィルタ基板15と、フィルタ基板15の周囲に配置されたリアクトル11とでフィルタ回路10を構成した場合について説明した。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではなく、他の構成においても同様に適用することができる。例えば、一つの基板に、リアクトル11、線間コンデンサ12及び接地コンデンサ13を実装した場合にも適用できる。
以上、本発明を上記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
In the first to third embodiments described above, the
Although the present invention has been specifically described above based on the above embodiment, the present invention is not limited to the above one embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist thereof.
1…電力変換装置
2…商用三相電源(電源)
3…入力端子台
4U,4V,4W…電源経路
5P…正極ライン
5N…負極ライン
6…出力端子台
9…三相誘導電動機(負荷)
10…フィルタ回路
11…リアクトル(コモンモードチョークコイル)
12…線間コンデンサ
13…接地コンデンサ
14…接地ライン
15…フィルタ基板
16…支持体
20…整流回路
21…ダイオード
30…平滑回路
31…直流リアクトル
32…電解コンデンサ
40…インバータ回路
41…半導体装置
42a…上アーム
42b…下アーム
50…切替機構
51…雌ネジ孔(導電性接続部)
52…絶縁性スペーサ(絶縁性接続部)
53…ケーブル
54…雄ネジ
55…ケーブル
56a…第1ソケット
56b…第2ソケット
57…プラグ
58…コネクタ
60…筐体
61…冷却体
61a…主面
61b…冷却フィン
62…有底枠体
63…蓋体
64…収納部
64a…第1収納部
64b…第2収納部
65…仕切体
65a…開口部
1 ...
3 ...
10 ...
12 ...
52 ... Insulating spacer (insulating connection)
53 ...
Claims (8)
前記半導体スイッチのスイッチングにより発生する電磁ノイズの電源系統への伝導を低減するフィルタ回路と、
前記フィルタ回路を構成する接地コンデンサが実装され、かつ前記接地コンデンサが接続された接地ラインを有するフィルタ基板と、
主面に前記半導体装置及び前記フィルタ基板が前記主面と平行な方向に並んで取り付けられた導電性の冷却体と、
前記接地ラインと前記主面との間の導通及び非導通を切り替える切替機構と、を備えていることを特徴とする電力変換装置。 A semiconductor device having a semiconductor switch that converts electric power,
A filter circuit that reduces the conduction of electromagnetic noise generated by switching of the semiconductor switch to the power supply system, and
A filter board on which a grounding capacitor constituting the filter circuit is mounted and having a grounding line to which the grounding capacitor is connected,
A conductive cooling body in which the semiconductor device and the filter substrate are mounted side by side in a direction parallel to the main surface on the main surface.
A power conversion device including a switching mechanism for switching between conduction and non-conduction between the ground line and the main surface.
前記半導体装置、前記フィルタ回路、前記フィルタ基板及び前記切替機構は、前記第1収納部内に収納され、
前記仕切り体は、前記切替機構と対向する位置に開口部を有することを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の電力変換装置。 The storage portion formed by the bottomed frame body provided with the cooling body on the bottom and the lid body provided on the bottomed frame body so as to close the opening side of the bottomed frame body. A housing having a partition body for partitioning the cooling body side into a first storage portion and a second storage portion in a direction orthogonal to the main surface is further provided.
The semiconductor device, the filter circuit, the filter substrate, and the switching mechanism are housed in the first storage unit.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the partition body has an opening at a position facing the switching mechanism.
前記主面に前記冷却体と導通して設けられた導電性接続部と、
前記主面に前記冷却体と絶縁して設けられた絶縁性接続部と、
一端側が前記接地ラインに接続され、他端側が前記導電性接続部及び前記絶縁性接続部の何れか一方に着脱自在に接続されるケーブルと、を具備することを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の電力変換装置。 The switching mechanism is
A conductive connecting portion provided on the main surface in a conductive manner with the cooling body,
An insulating connection portion provided on the main surface so as to be insulated from the cooling body,
Claims 1 to 4 include a cable in which one end side is connected to the grounding line and the other end side is detachably connected to either the conductive connection portion or the insulating connection portion. The power conversion device according to any one of the above.
一端側が前記主面に電気的及び機械的に接続されたケーブルを具備し、更に、前記接地ラインに電気的及び機械的に接続された第1ソケット、及び前記接地ラインから電気的に分離されて前記フィルタ基板に機械的に接続された第2ソケットの何れか一方に差込まれるプラグが前記ケーブルの他端側に電気的及び機械的に接続されたコネクタを具備することを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の電力変換装置。 The switching mechanism is
One end side comprises a cable electrically and mechanically connected to the main surface, further electrically and mechanically connected to the grounding line, and electrically separated from the grounding line. A claim, wherein a plug plugged into any one of the second sockets mechanically connected to the filter substrate comprises a connector electrically and mechanically connected to the other end of the cable. The power conversion device according to any one of 1 to 4.
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