JP4038899B2

JP4038899B2 - 電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置

Info

Publication number: JP4038899B2
Application number: JP31364798A
Authority: JP
Inventors: 淳石井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-11-04
Filing date: 1998-11-04
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2018-11-04
Also published as: JP2000152662A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば電気自動車の走行モ−タを制御する三相インバータ装置に関し、特に電源平滑用コンデンサをスイッチング素子上方に搭載する電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
実公平４−４５２３３号公報は、偏平筒状の偏平形コンデンサを提案している。
本出願人の出願になる特公平７−２９８６４１号公報は、三相インバータ回路が基板に実装されてなるインバータ部の上方に円筒形コンデンサを配置した電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置を提案している。
【０００３】
この円筒形コンデンサは、上アームおよび下アームのスイッチング素子が直列接続されてなる三個の相インバータ回路を並列接続してなる三相インバータ回路の高低直流入力端間に接続される電源平滑用コンデンサであって、三相インバータ回路のスイッチング素子の断続に伴う上記高低直流入力端間の電圧変動を低減するためのものである。
【０００４】
上記電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置では、円筒形コンデンサの正、負の電極端子と三相インバータ回路の高低直流入力端とを接続する接続ラインのインダクタンスに起因するスイッチングノイズや電圧変動を低減するために、各相インバータ回路ごとにそれらの直上に円筒形コンデンサを個別に設け、各相インバータ回路の高低直流入力端と円筒形コンデンサの正、負の電極端子とを上下にできるだけ近接させている。
【０００５】
上述した電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置の従来例を図５に示す。
１０１は三相インバータ回路が実装された基板の端子台部、１０２は制御回路基板、１０３は基板上方（インバータ部の構造）に設けられた３個の円筒形コンデンサからなる電源平滑用コンデンサ、１０４はブスバー、１０５は基板に立設された電源平滑用コンデンサ支持用の台座、１０６は電源平滑用コンデンサ１０３を台座１０５に固定する金具である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置でもなお、大電力高速スイッチング時には上記接続ラインのインダクタンスに起因するスイッチングノイズや電圧変動が大きく、その結果、三相インバータ回路に給電するバッテリへの悪影響や外部放射電磁波ノイズが大きいという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、高速大電力スイッチングを行う場合でも入力直流電源電圧の変動や外部放射電磁波ノイズを低減することができる電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置を提供することをその解決すべき課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置は、上アームおよび下アームのスイッチング素子が直列接続されてなる相インバータ回路を多数有する多相インバータ回路が基板に実装されてなるインバータ部、前記多相インバータ回路を制御する制御回路が実装される制御回路基板、電源平滑用コンデンサ、及び、前記各相インバータ回路の高低直流入力端と前記電源平滑用コンデンサの正、負の電極端子とを導通可能に接続する高位側接続部材及び低位側接続部材を備える電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置において、前記電源平滑用コンデンサは、その厚さ方向が前記基板の主面方向と略直角となる姿勢で互いに隣接配置されて前記スイッチング素子を共同して覆う複数の偏平形コンデンサからなり、前記制御回路基板は、前記電源平滑用コンデンサと前記インバータ部との間に前記インバータ部の基板とほぼ平行に配設されていることをその特徴としている。
本発明によれば、多相インバータ回路が基板に実装されたインバータ部の上方（反基板側）に設ける電源平滑用コンデンサとして偏平形コンデンサを採用し、更に、偏平形コンデンサを、その厚さ方向（寸法最小方向）が基板の主面方向と略直角（ここでは８０度以上を指定する）となる姿勢でスイッチング素子を覆うように配置する。
【０００９】
このようにすれば、高速大電力スイッチングを行う場合でも入力直流電源電圧の変動や外部放射電磁波ノイズを低減することができる電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置を実現することができる。
以下、更に詳しく説明する。
その厚さ方向（最も寸法が小さい方向）が基板と直角となるように、インバータ部上方に偏平形コンデンサを設けているので、この偏平形コンデンサは、同一容量の円筒形コンデンサに比較して正、負の電極端子をよりインバータ部側に偏位させることができ、その分だけコンデンサの正、負の電極端子とインバータ部（更に言えばその高低直流入力端子）との間の距離を短縮することができるので、これにより両者を接続する接続ラインのインダクタンスを減らすことができる。その結果、高速大電力スイッチングを行う場合でも入力直流電源電圧の変動や外部放射電磁波ノイズを低減することができる。また同様に接続ラインの抵抗損失も低減することができ、更に装置の高さを減らすことができる。
【００１０】
また、金属ケースに収容される偏平形コンデンサが良好にその下方のスイッチング素子をカバーするので、スイッチング素子の断続に伴う外部放射電磁波ノイズを大幅に低減することができ、近接する他の電子回路の誤動作などを抑止することができる。
更に、多相インバータ回路を制御する制御回路が実装される制御回路基板は、電源平滑用コンデンサとインバータ部との間にインバータ部の基板と平行に配設されているので、制御用回路基板は、装置必要スペースを低減できるとともに、外部から制御回路基板上の回路素子に影響する外部放射電磁波ノイズが電源平滑用コンデンサ、基板（金属冷却板）により電磁シールドされるので、電磁波ノイズ耐性を向上することができる。
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置において更に、共同してスイッチング素子を覆う複数の扁平形コンデンサの底部は一個の電源平滑用コンデンサ支持部材により一括して支持される。
【００１１】
このようにすれば、従来のように、三つの電源平滑用コンデンサを別々に固定する場合に比較して、部品点数および電源平滑用コンデンサ固定作業を簡素化することができる。特に、各電源平滑用コンデンサの位置決めが容易となる。
請求項３記載の構成によれば請求項２記載の電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置において更に、電源平滑用コンデンサ支持部材は、金属部材からなるので、その電磁シールド効果によりインバータ部のスイッチング素子などから放射される外部放射電磁波ノイズを一層低減することができ、更に、電源平滑用コンデンサの熱をインバータ部の基板に良好に伝達することができる。
【００１２】
請求項４記載の構成によれば請求項２又は３記載の電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置において更に、電源平滑用コンデンサ保持部は、各扁平形コンデンサの底部が嵌入する凹部を有するので、各扁平形コンデンサの組み付けに際し、それらの位置合わせが良好となり、部品点数も低減することができる。更に、電源平滑用コンデンサ支持部材を金属で製作した場合には各扁平形コンデンサから電源平滑用コンデンサ支持部材への放熱を一層良好にできる他、電源平滑用コンデンサおよび電源平滑用コンデンサ支持部材によるインバータ部のスイッチング素子の囲覆性が一層向上するので、外部放射電磁波ノイズを一層低減することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置の好適例を以下の実施例により具体的に説明する。
【００１５】
【実施例】
この電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置を電気自動車の走行モータ駆動用のものである。
（回路構成）
このインバータ装置の回路図を図１に示す。
【００１６】
１は電気自動車の走行電力を供給する主バッテリ、２は主バッテリ１から供給される直流電力を三相交流電力に変換して走行用モータ３に給電するインバータ装置である。
インバータ装置２は、電源平滑用コンデンサ４、６個のＩＧＢＴモジュール５を有する三相インバータ回路６、三相インバータ回路６を制御する制御回路７、二つの電流センサ８を有している。三相インバータ回路６は後述する基板に実装されて本発明で言うインバータ部を構成している。制御回路７も後述する制御回路基板に実装されている。
【００１７】
ＩＧＢＴモジュール５は、ＩＧＢＴ素子５１とフライバックダイオード５２とを並列接続しモジュール化してなり、各ＩＧＢＴモジュール５は三相インバータ回路６の各アームを構成している。上アームを構成する一つのＩＧＢＴモジュール５と同相の下アームを構成するＩＧＢＴモジュール５とは、直列接続されて相インバータ回路を構成し、結局、三相インバータ回路６は三つの相インバータ回路を並列接続してなる。三相インバータ回路６の構成および動作自体は周知であるので、これ以上の説明は省略する。それぞれの相インバータ回路の交流出力端子は３本の出力ライン９〜１１を通じて走行用モータ３に給電し、そして、二つの出力ラインの電流を検出することにより三相交流モータである走行用モータの相電流を検出している。
【００１８】
制御回路７は、検出した上記相電流や必要なライン電圧に基づいて三相インバータ回路６の各ＩＧＢＴ５１をＰＷＭ制御し、必要な三相交流電流を走行用モータ３に給電している。
各相インバータ回路は、それぞれ高位直流入力端子１２及び低位直流入力端子１３をもち、各高位直流入力端子１２は接続部材１４を通じて電源平滑用コンデンサ４の正の電極端子に接続されるとともに、更にケーブル導体１５を通じて主バッテリ１の高位端に接続されている。同様に、各低位直流入力端子１３は接続部材１６を通じて電源平滑用コンデンサ４の負の電極端子に接続されるとともに、更にケーブル導体１７を通じて主バッテリ１の低位端に接続されている。電源平滑用コンデンサ４は、各ＩＧＢＴ５１の高速スイッチングに伴う電流変動を吸収するものである。
（インバータ部の構造）
インバータ装置２の組み立て状態を図２に示す。
【００１９】
金属又は複合材からなる基板２０上に三相インバータ回路６が実装され、この基板２０は図示しないアルミプレート上に搭載されている。また、図２では図示されていないものの、電流センサ８やブスバーなどの他の部材も基板２０に設けられている。なお、このアルミプレートは、三相インバータ回路（インバータ部）６が実装される上記した基板２０とともに本発明でいう基板を構成している。
【００２０】
基板２０の上面周縁には、角枠形状の樹脂フレーム２１が締結され、樹脂フレーム２１の一辺の上面には、三相インバータ回路６の各相インバータ回路の高位直流入力端子１２及び低位直流入力端子１３が設けられている。更に具体的に説明すると、高位直流入力端子１２または低位直流入力端子１３をなす樹脂フレーム２１内部の各ＩＧＢＴモジュール５のコレクタ端子またはエミッタ端子は、図示しない複数のブスバーに個別に接続され、これらブスバーの端部が樹脂フレーム２１の一辺の上面にて、三相インバータ回路６の各相インバータ回路の高位直流入力端子１２及び低位直流入力端子１３となっている。
【００２１】
樹脂フレーム２１の上面には、樹脂フレーム２１の上側の開口を遮蔽するように、制御回路７が実装された制御回路基板７０が締結されている。
（電源平滑用コンデンサの取り付け構造）
電源平滑用コンデンサ４の取り付け構造を図２〜図４を参照して説明する。
電源平滑用コンデンサ４は、並列接続される三つの偏平形コンデンサ４０からなり、各偏平形コンデンサ４０は、その厚さ方向が基板２０の面方向と直角となるように、制御回路基板７０から小間隔を隔てて制御回路基板７０に対面している。これにより、樹脂フレーム２１の上側の開口をほぼ覆う制御回路基板７０は、更に三つの偏平形コンデンサ４０にてほぼ覆われている。
【００２２】
各偏平形コンデンサ４０の一端からは、正、負の電極端子４１，４２がそれぞれ突出しており、樹脂フレーム２１の上面の各高位直流入力端子１２および各低位直流入力端子１３は、各偏平形コンデンサ４０の正、負の電極端子４１，４２にそれぞれ最も近接する位置に設けられている。これは、正、負の電極端子４１，４２と高位直流入力端子１２または低位直流入力端子１３との間の接続部材１４，１６のインダクタンスおよび電気抵抗を最小とするためである。
【００２３】
樹脂フレーム２１の反端子取り出し側から柱部２２が立設されており、ホルダ２３がこの柱部２２の上端面に締結されている。
ホルダ２３は、この実施例ではアルミダイキャストで製造されており、各偏平形コンデンサ４０の底部が嵌入、密着される凹部を三個有する保持部２３１と、この保持部２３１から柱部２２の上端面まで突出する締結部２３２とを有している。
【００２４】
接続部材１４は、各偏平形コンデンサ４０の正の電極端子４１と高位直流入力端子１２とを接続するものであり、正の電極端子４１が締結される立壁部１４１と、高位直流入力端子１２が接続される端子部１４２とを有している。
接続部材１６も同様に、各偏平形コンデンサ４０の負の電極端子４２と低位直流入力端子１３とを接続するものであり、負の電極端子４２が締結される立壁部１６１と、低位直流入力端子１３が接続される端子部１６２とを有している。
【００２５】
１８は、両接続部材１４，１６間に介挿される樹脂薄板からなる絶縁スペーサであり、絶縁スペーサ１８は両接続部材１４，１６に密着している。
（作用効果）
以下、上記説明した実施例の装置の作用効果を説明する。
・三相インバータ回路６の上方に三つの偏平形コンデンサ４０を、その厚さ方向が基板２０の面方向と直角となるように並べたので、三相インバータ回路６から外部に放射される電磁波ノイズを低減することができる。なお、三相インバータ回路６の底面側からの電磁波ノイズの放射は基板２０により、側面からの放射はホルダ２３、接続部材１４，１６で低減される。
・たとえばエンジンの点火ノイズなどの外部から制御回路７に入射する電磁波ノイズは上記と同様に偏平形コンデンサ４０、基板２０、ホルダ２３、接続部材１４，１６により良好に低減される。
・偏平形コンデンサ４０の正、負の電極端子４１，４２は、同一容量の円筒形コンデンサに比較して、電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置において、高位直流入力端子１２および低位直流入力端子１３からの高さを減らすことができ、その分だけ、接続部材１４，１６のインダクタンス、電気抵抗を低減し、ＩＧＢＴモジュール５の高速スイッチング時のサージ電圧を低減することができ、電磁放射も低減することができる。
・上記と同一理由で、偏平形コンデンサ４０を上記姿勢で配置することにより、インバータ装置２の体格を縮小することができる。
・ホルダ２３は一体に形成されているので、従来のように三つの電源平滑用コンデンサを別々に固定する場合に比較して、部品点数および電源平滑用コンデンサ固定作業を簡素化することができる。特に、各電源平滑用コンデンサの位置決めが容易となる。
・ホルダ２３をアルミ製とするので、偏平形コンデンサ４０の放熱性を向上し、その寿命を延長することができる。
・電源平滑用コンデンサの保持部２３１は、各偏平形コンデンサ４０の底部が嵌入する凹部を有するので、組み付けの際の位置合わせも良好となるとともに、この実施例ではホルダ２３をアルミ製としたので、各電源平滑用コンデンサからホルダ（電源平滑用コンデンサ支持部材）２３への放熱を一層良好にできる。
・制御回路基板７０は各偏平形コンデンサ４０と基板２０との間にて基板２０と平行に配設されているので、必要スペースを低減できるとともに、電磁波ノイズ耐性を向上することができる。
・大面積の板からなる接続部材１４，１６は、間に薄い誘電板（樹脂板）１８を挟んで密着されているので、それらの間の静電容量を増加させて、この接続部材１４，１６のインダクタンスによりサージ電圧発生を良好に抑止することができる。なお、この意味で、樹脂板１８はできるだけ静電容量が大きい素材で形成するほうが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置を採用するハイブリッド車の走行モ−タ制御装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１に示す電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置の端子側からみた模式斜視図である。
【図３】図２に示す電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置の側面図である。
【図４】図２に示す電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置のホルダ側からみた摸式斜視図である。
【図５】従来の電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置の斜視図である。
【符号の説明】
４は電源平滑用コンデンサ、
６は三相インバータ回路（インバータ部）、
７は制御回路、
１２は相インバータ回路の高位直流入力端子、
１３は相インバータ回路の低位直流入力端子、
１４は接続部材（高位側接続部材）、
１６は接続部材（低位側接続部材）、
２０は基板、
２２は柱部（金属部材）、
２３はホルダ（電源平滑用コンデンサ支持部材）、
４１は偏平形コンデンサ４０の正の電極端子、
４２は偏平形コンデンサ４０の負の電極端子、
４０は電源平滑用コンデンサ４をなす偏平形コンデンサ、
７０は制御回路基板、
２３１はホルダ２３の保持部

Claims

上アームおよび下アームのスイッチング素子が直列接続されてなる相インバータ回路を多数有する多相インバータ回路が基板に実装されてなるインバータ部、
前記多相インバータ回路を制御する制御回路が実装される制御回路基板、
電源平滑用コンデンサ、及び、
前記各相インバータ回路の高低直流入力端と前記電源平滑用コンデンサの正、負の電極端子とを導通可能に接続する高位側接続部材及び低位側接続部材、
を備える電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置において、
前記電源平滑用コンデンサは、その厚さ方向が前記基板の主面方向と略直角となる姿勢で互いに隣接配置されて前記スイッチング素子を共同して覆う複数の偏平形コンデンサからなり、
前記制御回路基板は、前記電源平滑用コンデンサと前記インバータ部との間に前記インバータ部の基板とほぼ平行に配設されていることを特徴とする電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置。
請求項１記載の電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置において、
前記複数の扁平形コンデンサの底部にそれぞれ固着されるコンデンサ保持部を有して前記扁平形コンデンサを支持する電源平滑用コンデンサ支持部材を有することを特徴とする電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置。
請求項２記載の電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置において、
前記電源平滑用コンデンサ支持部材は、金属部材からなることを特徴とする電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置。
請求項２又は３記載の電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置において、
前記電源平滑用コンデンサ保持部は、
前記各扁平形コンデンサの底部が嵌入する凹部を有することを特徴とする電源平滑用コンデンサ搭載型インバータ装置。