(57)【要約】【課題】電流集中に起因した特定のコンデンサの寿命の低下を防ぎ、小型化を図る。【解決手段】電力変換器においては、コンデンサ群の各コンデンサ１ａ，１ｂ，１ｃの正側端子同士が配線５ａおよび５ｂで接続され、各コンデンサ１ａ，１ｂ，１ｃの負側端子同士は配線５ｃおよび５ｄで接続されている。配線５ａおよび５ｂと電源配線２１とは、コンデンサ１ａ側で配線５ｅによって接続され、配線５ｃおよび５ｄと電源配線２２とは、コンデンサ１ｃ側で配線５ｆによって接続されている。【選択図】図１
2020092474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源配線と、
第２の電源配線と、
第１のコンデンサから第ｎのコンデンサまでのｎ個のコンデンサを含むコンデンサ群と
を備え、
前記第１のコンデンサから前記第ｎのコンデンサまでが、第１、第２、・・・、第ｎの順で並べられ、
前記コンデンサ群の各前記コンデンサは、第１端子と第２端子とを有し、
各前記コンデンサの前記第１端子同士は第１の配線で接続され、各前記コンデンサの前記第２端子同士は第２の配線で接続され、
前記第１の配線と前記第１の電源配線とは、前記第１のコンデンサ側で第３の配線によって接続され、
前記第２の配線と前記第２の電源配線とは、前記第ｎのコンデンサ側で第４の配線によって接続され、
前記ｎは、２以上の自然数である、
電力変換器。
【請求項２】
前記第１の配線のインピーダンスと前記第２の配線のインピーダンスとは等しい、
請求項１に記載の電力変換器。
【請求項３】
前記コンデンサ群は、第１のコンデンサ群から第ｍのコンデンサ群までのｍ個のコンデンサ群を含み、
前記ｍは、２以上の自然数であり、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第１の配線は、前記第１のコンデンサ側に第３端子を有し、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第２の配線は、前記第ｎのコンデンサ側に第４端子を有し、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第３端子同士を、第５の配線によって接続し、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第４端子同士を、第６の配線によって接続することにより、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第１の配線と前記第１の電源配線とは、前記第１のコンデンサ群の前記第１のコンデンサ側で、前記第３の配線によって接続され、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第２の配線と前記第２の電源配線とは、前記第ｍのコンデンサ群の前記第ｎのコンデンサ側で、前記第４の配線によって接続されている、
請求項１または２に記載の電力変換器。
【請求項４】
前記コンデンサ群は、ｍ個設けられ、
前記ｍは、２以上の自然数であり、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第１の配線は、前記第１のコンデンサ側に第３端子を有し、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第２の配線は、前記第ｎのコンデンサ側に第４端子を有し、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群ごとに、
前記第１の配線と前記第１の電源配線とが、前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第３端子を介して、前記第１のコンデンサ側で前記第３の配線によって接続されるとともに、
前記第２の配線と前記第２の電源配線とが、前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第４端子を介して、前記第ｎのコンデンサ側で前記第４の配線によって接続されている、
請求項１または２に記載の電力変換器。
【請求項５】
各前記コンデンサ群の前記第１の配線同士のインピーダンスが等しく、
各前記コンデンサ群の前記第２の配線同士のインピーダンスが等しく、
前記第３端子から前記第１の電源配線までのインピーダンスと、
前記第４端子から前記第２の電源配線までのインピーダンスとの総和が各前記コンデンサ群間で等しい、
請求項４に記載の電力変換器。
【請求項６】
前記第１の配線と前記第２の配線とは互いに重なり合う部分を有する、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項７】
前記第１の配線と前記第２の配線とは多層配線基板の基板パターンにより構成される、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項８】
前記第１の配線と前記第２の配線とはバスバーにより構成される、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項９】
第１の電源配線と、
第２の電源配線と、
第１のコンデンサから第４のコンデンサまでの４個のコンデンサと
を備え、
前記第１のコンデンサから前記第４のコンデンサまでが、第１、第２、第３、第４の順で並べられ、
各前記コンデンサは、第１端子と第２端子とを有し、
前記第１のコンデンサおよび前記第３のコンデンサの第１端子同士が第１の配線で接続され、前記第１のコンデンサおよび前記第３のコンデンサの第２端子同士が第２の配線で接続され、
前記第２のコンデンサおよび前記第４のコンデンサの第１端子同士が第３の配線で接続され、前記第２のコンデンサおよび前記第４のコンデンサの第２端子同士が第４の配線で接続され、
前記第１の配線と前記第１の電源配線とは前記第１のコンデンサ側で第５の配線で接続され、
前記第２の配線と前記第２の電源配線とは前記第３のコンデンサ側で第６の配線で接続され、
前記第３の配線と前記第１の電源配線とは前記第４のコンデンサ側で第７の配線で接続され、
前記第４の配線と前記第２の電源配線とは前記第２のコンデンサ側で第８の配線で接続され、
前記第１の配線と前記第３の配線との配線対、前記第１の配線と前記第４の配線との配線対、前記第２の配線と前記第３の配線との配線対、および、前記第２の配線と前記第４の配線との配線対の内、少なくとも１つの配線対の配線が互いに重なり合う部分を有する、
電力変換器。
【請求項１０】
前記第１の配線、前記第２の配線、前記第３の配線、および、前記第４の配線の各インピーダンスは等しく、
前記第１の電源配線から前記第１のコンデンサの前記第１端子までのインピーダンスと、前記第３のコンデンサの前記第２端子から前記第２の電源配線までのインピーダンスとの総和と、
前記第１の電源配線から前記第４のコンデンサの前記第１端子までのインピーダンスと、前記第２のコンデンサの前記第２端子から前記第２の電源配線までのインピーダンスとの総和とが、
等しい、
請求項９に記載の電力変換器。
【請求項１１】
前記第１の配線と前記第２の配線との配線対、および、前記第３の配線と前記第４の配線との配線対の内、少なくとも１つの配線対の配線が互いに重なり合う部分を有する、
請求項９または１０に記載の電力変換器。
【請求項１２】
前記第１の配線から前記第４の配線までが多層配線基板の基板パターンにより構成される、
請求項９から１１までのいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１３】
前記第１の配線から前記第４の配線までがバスバーにより構成される、
請求項９から１１までのいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項１４】
半導体スイッチング素子を備え、
前記半導体スイッチング素子は、炭化窒素系材料、窒化ガリウム系材料、あるいは、ダイヤモンド系材料から構成されたワイドバンドギャップ半導体である、
請求項９から１３までのいずれか１項記載の電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のコンデンサを備えた電力変換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のコンデンサと電力変換回路とを有する従来の電力変換器においては、電力変換回路から各コンデンサまでの配線のインピーダンスにばらつきが生じる場合がある。そのような場合には、配線のインピーダンスが小さいコンデンサに対して、より集中的に電流が流れる。その結果、当該コンデンサの温度だけが、他のコンデンサに比べて、上昇してしまう。このような事象を繰り返すことにより、当該コンデンサの寿命が、他のコンデンサの寿命に比べて、短くなる。
【０００３】
そのため、特許文献１に記載のインバータ装置では、特定のコンデンサのみに電流が集中しないような構成を有している。具体的には、まず、電力変換回路に接続されている電源配線上の或る１つの点を、接続点として設定する。そして、接続点から各コンデンサまでの配線のインピーダンスが等しくなるように、各コンデンサに対する配線を行う。それにより、特定のコンデンサに対して電流が集中することを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平８−０３２１８７号公報（特に、第３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、１つの接続点から各コンデンサまでの配線のインピーダンスを等しくするために、２本の電源配線から各コンデンサまでの配線の引き出し方が限定されてしまう。それにより、電力変換回路と複数のコンデンサとの配置が制限され、最適な配置を行うことができない場合がある。そのような場合には、無駄なスペースが生じてしまい、電力変換器の小型化が阻害されるという課題があった。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するために成されたものであって、電流集中に起因する特定のコンデンサの寿命の低下を防ぎ、かつ、小型化を図ることが可能な、電力変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、第１の電源配線と、第２の電源配線と、第１のコンデンサから第ｎのコンデンサまでのｎ個のコンデンサを含むコンデンサ群とを備え、前記第１のコンデンサから前記第ｎのコンデンサまでが、第１、第２、・・・、第ｎの順で並べられ、前記コンデンサ群の各前記コンデンサは、第１端子と第２端子とを有し、各前記コンデンサの前記第１端子同士は第１の配線で接続され、各前記コンデンサの前記第２端子同士は第２の配線で接続され、前記第１の配線と前記第１の電源配線とは、前記第１のコンデンサ側で第３の配線によって接続され、前記第２の配線と前記第２の電源配線とは、前記第ｎのコンデンサ側で第４の配線によって接続され、前記ｎは、２以上の自然数である、電力変換器である。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る電力変換器によれば、電流集中に起因した特定のコンデンサの寿命の低下を防ぎ、かつ、小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電力変換器の構成を示した構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る電力変換器のコンデンサ部における各コンデンサの配置および配線の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る電力変換器の構成を示した構成図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る電力変換器のコンデンサ部における各コンデンサの配置および配線の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る電力変換器の構成を示した構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る電力変換器のコンデンサ部における各コンデンサの配置および配線の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る電力変換器のコンデンサ部における第１の配線経路と第２の配線経路とを抜粋した図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る電力変換器のコンデンサ部における第３の配線経路と第４の配線経路とを抜粋した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る電力変換器の実施の形態について、図面を用いて説明する。各図面において、同一または相当する構成については、同一符号を付して示し、重複する説明は省略することとする。
【００１１】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る電力変換器の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る電力変換器１０００の構成を示す概略図である。図１に示すように、電力変換器１０００は、コンデンサ部１０Ａと、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３と、制御部１５とを備えて構成されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２とＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３とは直列接続されている。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２とＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３との間には、コンデンサ部１０Ａが並列接続されている。
【００１２】
ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２は、半導体スイッチング素子を備えて構成されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２は、交流電源１１を入力とし、交流電圧を直流電圧に変換する。従って、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２は、電力変換回路として機能する。
【００１３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３は、半導体スイッチング素子を備えて構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３は、コンデンサ部１０Ａの直流電力をＤＣ／ＤＣ変換して負荷１４に供給する。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３は、電力変換回路として機能する。なお、ここで、負荷１４は、例えばバッテリである。
【００１４】
制御部１５は、交流の力率を制御しつつ、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２の直流電圧が目標値に追従するように、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２を制御する。さらに、制御部１５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３から負荷１４への直流出力が指令値に追従するように、半導体スイッチング素子のデューティ制御を行うことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３を制御する。
【００１５】
制御部１５のハードウェア構成について簡単に説明する。制御部１５における上記の各機能は、処理回路によって実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよく、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。一方、処理回路がプロセッサの場合、制御部１５の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリに格納される。プロセッサは、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、制御部１５の各機能を実現する。ここで、メモリとは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリが該当する。また、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等も、メモリに該当する。なお、上述した制御部１５の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述した制御部１５の各機能を実現することができる。
【００１６】
上述したように、電力変換装置１０００においては、制御部１５の制御により、交流電源１１からの入力電圧を、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２によって、力率を改善しつつ目標値に追従するように直流電圧に変換する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３で絶縁を行い、負荷１４へ直流電圧を出力する。このとき、コンデンサ部１０Ａによって、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２の出力電圧および出力電流を平滑し、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３への入力電圧および入力電流を安定化させている。従って、コンデンサ部１０Ａは、平滑コンデンサとして機能する。
【００１７】
ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２の出力とＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３の入力とは、２本の配線で接続されている。これらの２本の配線のうち、第１の電源配線としての正側の配線を電源配線２１とし、第２の電源配線としての負側の配線を電源配線２２とする。
【００１８】
コンデンサ部１０Ａは、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃと、コンデンサ４とを備えて構成されている。コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃは、アルミ電解コンデンサから構成されている。一方、コンデンサ４は、セラミックコンデンサから構成されている。
【００１９】
コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃ、および、コンデンサ４は、複数の配線層から成る多層配線基板上に実装され、各配線は基板パターンによって構成されている。
【００２０】
図１に示すように、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃは、等間隔で、一列に並んで配置され、コンデンサ群を構成している。また、配置の順序は、第１のコンデンサであるコンデンサ１ａ、第２のコンデンサであるコンデンサ１ｂ、第３のコンデンサであるコンデンサ１ｃの順である。仮に、コンデンサの個数がｎ個だった場合には、第１、第２、第３、・・・、第ｎの順序で配置される。
【００２１】
コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃは、第１端子である正極端子と、第２端子である負極端子とを有している。なお、第１端子が負極端子で、第２端子が正極端子であってもよい。
【００２２】
コンデンサ１ａおよび１ｂの正極端子同士は、配線５ａで接続されている。また、コンデンサ１ｂおよび１ｃの正極端子同士は、配線５ｂで接続されている。また、コンデンサ１ａおよび１ｂの負極端子同士は、配線５ｃで接続されている。また、コンデンサ１ｂおよび１ｃの負極端子同士は、配線５ｄで接続されている。
【００２３】
このように、本実施の形態１においては、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃの正極端子同士は、第１の配線である配線５ａおよび配線５ｂで接続され、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃの負極端子同士は、第２の配線である配線５ｃおよび配線５ｄで接続されている。
【００２４】
配線５ａおよび配線５ｂは、コンデンサ１ａ側に設けられた端子３１ａで、第３の配線である配線５ｅを介して、電源配線２１に接続されている。また、配線５ｃおよび配線５ｄは、コンデンサ１ｃ側に設けられた端子３１ｂで、第４の配線である配線５ｆを介して、電源配線２２に接続されている。なお、コンデンサ１ａ側の端子３１ａとコンデンサ１ｃ側の端子３１ｂとは、図１に示すように、対角の位置に配置されている。
【００２５】
上述したように、本実施の形態１においては、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃは、等間隔で、一列に並んで配置されている。そのため、配線５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄは、同じ長さを有しており、インピーダンスも同じである。また、配線５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄの幅及び厚み、または、形状は、同じであるように形成されている。
【００２６】
ここで、端子３１ａからコンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃを通って端子３１ｂへ流れる電流を考える。まず、コンデンサ１ａに着目すると、電流は、コンデンサ１ａを通った後、配線５ｃおよび配線５ｄの２本を通る。同様に、コンデンサ１ｂに着目すると、電流は、配線５ａおよび配線５ｄの２本を通る。同様に、コンデンサ１ｃに着目すると、電流は、配線５ａおよび配線５ｂの２本を通る。よって、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃに流れる電流は、同じ配線数の経路を通るため、均一に分配され、特定のコンデンサに電流が集中しない。
【００２７】
また、配線５ｅおよび配線５ｆは、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃに対して共通の電流経路である。そのため、配線５ｅの長さと配線５ｆの長さとがたとえ異なっていても、電流は、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃに均一に分配される。ゆえに、電源配線２１および電源配線２２からコンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃへの配線の引き出し方は、特に限定されない。
【００２８】
更に、コンデンサ１ａとコンデンサ１ｂとを接続している配線５ａおよび配線５ｃのインピーダンスと、コンデンサ１ｂとコンデンサ１ｃとを接続している配線５ｂおよび配線５ｄのインピーダンスとは、それぞれ等しくなるように配線されている。
【００２９】
本実施の形態１における配線の一例を図２に示す。本実施の形態１においては、図２に示すように、隣り合うコンデンサ１ａおよび１ｂを、正極端子の方向と負極端子の方向とが揃うように配置している。同様に、隣り合うコンデンサ１ｂおよび１ｃを、正極端子の方向と負極端子の方向とが揃うように配置している。また、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃは、同一間隔で、配置されている。そのため、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃの正極端子間の配線である配線５ａと配線５ｂとは長さが等しい。それにより、配線５ａと配線５ｂとは、インピーダンスが互いに等しい。同様に、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃの負極端子間の配線である配線５ｃと配線５ｄとは長さが等しい。それにより、配線５ｃと配線５ｄとは、インピーダンスが互いに等しい。なお、ここでは、配線のインピーダンスが「等しい」と記載しているが、実際には、ある一定レベルの誤差を含んでいてもよく、すなわち、「略等しい」でもよい。但し、「略等しい」よりも「等しい」の方が、より望ましいことは言うまでもない。
【００３０】
なお、図２に示すように、配線５ａと配線５ｃとは、基板１００を平面視したとき、部分的に、互いに重なり合っている。すなわち、配線５ａと配線５ｃとは、基板１００の主面に対して平行な方向において、互いに重なり合う部分５ｐを有している。このように、配線５ａと配線５ｃとは、基板１００を上から見た場合に、互いにオーバーラップしているが、配線５ａと配線５ｃとの間は絶縁されており、短絡することはない。また、同様に、配線５ｂと配線５ｄとは、基板１００を平面視したとき、部分的に、互いに重なり合っている。すなわち、配線５ｂと配線５ｄとは、基板１００の主面に対して平行な方向において、互いに重なり合う部分５ｑを有している。このように、配線５ｂと配線５ｄとは、基板１００を上から見た場合に、互いにオーバーラップしているが、配線５ｂと配線５ｄとの間は絶縁されており、短絡することはない。なお、図２においては、配線５ｅと配線５ｆとの間には互いに重なり合っている部分が無いように記載されているが、その場合に限らず、配線５ｅと配線５ｆとの間においても、互いに重なり合う部分を設けるようにしてもよい。なお、この場合においても、配線５ｅと配線５ｆとは互いに絶縁される。
【００３１】
なお、図２において、配線５ａと配線５ｃ、および、配線５ｂと配線５ｄは、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃ間の配線の接続関係がわかるように、説明上、部分的にしか重ねていないが、これに限定されるものではなく、可能な限りの広い領域を重ねる方が望ましい。
【００３２】
また、図２において、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃは、正極端子の方向および負極端子の方向を揃えて、且つ、等間隔で１列に配置されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、正極端子と負極端子の向きは互い違いにしてもよい。また、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃの配置間隔は、等間隔ではなく、非等間隔にしてもよい。さらに、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃは、１列に配置せずに、ジグザグに配置してもよい。
【００３３】
本実施の形態１では、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃの３個のコンデンサがコンデンサ群を構成しているが、コンデンサ群に含まれるコンデンサの個数ｎは３個に限定されない。コンデンサ群に含まれるコンデンサの個数ｎは、２個以上の任意の個数としてよい。すなわち、ｎは、２以上の自然数である。
【００３４】
以上のように、本実施の形態１においては、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃの正極端子同士を配線５ａおよび５ｂで接続し、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃの負極端子同士を配線５ｃおよび５ｄで接続している。さらに、配線５ａおよび５ｂと電源配線２１とをコンデンサ１ａ側で配線５ｅにより接続し、配線５ｃおよび５ｄと電源配線２２とをコンデンサ１ｃ側で配線５ｆにより接続した。これにより、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃに流れる電流は、同じ配線数の経路を通るため、均一に分配される。その結果、特定のコンデンサに電流が集中することはない。そのため、電流集中に起因する特定のコンデンサの寿命の低下を防ぐことができる。
【００３５】
また、配線５ｅおよび配線５ｆは、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃに対して共通の電流経路であるため、配線５ｅの長さと配線５ｆの長さとがたとえ異なっていても、電流は、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃに均一に分配される。ゆえに、電源配線２１および電源配線２２からコンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃへの配線の引き出し方は、特に限定されない。そのため、コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃの部品配置の自由度を高くすることができる。そのため、無駄なスペースが生じることを回避できるので、電力変換器を小型化することができる。
【００３６】
さらに、本実施の形態１では、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃ間の配線のインピーダンスを等しくしたため、各コンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃの寿命を均等にできる。そのため、より寿命特性の低いコンデンサが使用可能となり、電力変換器をより低コスト化することができる。
【００３７】
また、本実施の形態１では、配線５ａと配線５ｃとの間、および、配線５ｂと配線５ｄとの間に、互いに重なり合う部分５ｐおよび５ｑを有している。これにより、互いに重なり合う部分に浮遊容量が付加される。そのため、コンデンサ部１０Ａの高周波のインピーダンス特性が改善し、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３のスイッチング素子のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制することができる。
【００３８】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る電力変換器の構成について説明する。図３は、本発明の実施の形態２に係る電力変換器１００１の構成を示す概略図である。図３に示すように、本実施の形態２に係る電力変換器１００１は、図１に示した実施の形態１の電力変換装置１０００のコンデンサ部１０Ａの代わりに、コンデンサ部１０Ｂが設けられている。また、実施の形態１では、電源配線２１に接続された第３の配線を配線５ｅとし、電源配線２２に接続された第４の配線を５ｆとしているが、本実施の形態２においては、第３の配線を配線６ｋとし、第４の配線を配線６ｌとする。本実施の形態２係る電力変換器の上記以外の構成および動作は、実施の形態１で示した電力変換装置１０００と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００３９】
コンデンサ部１０Ｂは、コンデンサ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅおよび２ｆと、コンデンサ４とを備えて構成されている。コンデンサ２ａ〜２ｆはアルミ電解コンデンサから構成され、コンデンサ４はセラミックコンデンサから構成されている。
【００４０】
コンデンサ２ａ、２ｂおよび２ｃは、正極端子の方向および負極端子の方向を揃えて、且つ、等間隔で１列に配置されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、正極端子と負極端子の向きは互い違いにしてもよい。また、コンデンサ２ａ、２ｂおよび２ｃの配置間隔は、等間隔ではなく、非等間隔にしてもよい。さらに、コンデンサ２ａ、２ｂおよび２ｃは、１列に配置せずに、ジグザグに配置してもよい。
【００４１】
コンデンサ２ｄ、２ｅおよび２ｆは、正極端子の方向および負極端子の方向を揃えて、且つ、等間隔で１列に配置されている。しかしながら、これに限定されるものではなく、例えば、正極端子と負極端子の向きは互い違いにしてもよい。また、コンデンサ２ｄ、２ｅおよび２ｆの配置間隔は、等間隔ではなく、非等間隔にしてもよい。さらに、コンデンサ２ｄ、２ｅおよび２ｆは、１列に配置せずに、ジグザグに配置してもよい。
【００４２】
コンデンサ２ａ〜２ｆおよびコンデンサ４は、複数の配線層から成る多層配線基板上に実装され、各配線は基板パターンによって構成されている。
【００４３】
図３に示すように、コンデンサ２ａ、２ｂおよび２ｃの正極端子同士が、配線６ａおよび６ｂで接続されている。また、コンデンサ２ａ、２ｂおよび２ｃの負極端子同士が、配線６ｃおよび６ｄで接続されている。ここで、各配線６ａ〜６ｄは、長さが同一であり、インピーダンスも同じである。また、配線６ａ〜６ｄの幅及び厚み、または、形状は、同じであるように形成されている。
【００４４】
同様に、コンデンサ２ｄ、２ｅおよび２ｆの正極端子同士が、配線６ｅおよび６ｆで接続されている。また、コンデンサ２ｄ、２ｅおよび２ｆの負極端子同士が、配線６ｇおよび６ｈで接続されている。ここで、各配線６ｅ〜６ｈは、長さが同一であり、インピーダンスも同じである。また、配線６ｅ〜６ｈの幅及び厚み、または、形状は、同じであるように形成されている。
【００４５】
ここで、コンデンサ２ａ、２ｂおよび２ｃを、纏めて、第１のコンデンサ群とする。また、コンデンサ２ｄ、２ｅおよび２ｆを、纏めて、第２のコンデンサ群とする。
【００４６】
第１のコンデンサ群の正極端子同士を接続している配線６ａおよび６ｂは、コンデンサ２ａ側に、第３端子としての端子３２ａを有している。また、第２のコンデンサ群の正極端子同士を接続している配線６ｅおよび６ｆは、コンデンサ２ｄ側に、第３端子としての端子３２ｃを有している。第３端子同士の端子３２ａと端子３２ｃとは、第５の配線である配線６ｉにより接続されている。
【００４７】
第１のコンデンサ群の負極端子同士を接続している配線６ｃおよび６ｄは、コンデンサ２ｃ側に、第４端子としての端子３２ｂを有している。また、第２のコンデンサ群の負極端子同士を接続している配線６ｇおよび６ｈは、コンデンサ２ｆ側に、第４端子としての端子３２ｄを有している。第４端子同士の端子３２ｂと端子３２ｄとは、第６の配線である配線６ｊにより接続されている。
【００４８】
また、第１のコンデンサ群の正極端子同士を接続している配線６ａおよび６ｂと電源配線２１とは、端子３２ａ、端子３２ｃ、および、配線６ｉにより、第１のコンデンサ群のコンデンサ２ａ側で、第３の配線としての配線６ｋを介して接続されている。
【００４９】
また、第２のコンデンサ群の負極端子同士を接続している配線６ｇおよび６ｈと電源配線２２とは、端子３２ｂ、端子３２ｄ、および、配線６ｊにより、第２のコンデンサ群のコンデンサ２ｆ側で、第４の配線としての配線６ｌを介して接続されている。
【００５０】
このように、本実施の形態２においては、第１のコンデンサ群と第２のコンデンサ群は並列に接続されている。
【００５１】
なお、第１のコンデンサ群のコンデンサ２ａと第２のコンデンサ群のコンデンサ２ｆとは対角の位置に配置されている。また、第１のコンデンサ群において、端子３２ａと端子３２ｂとは対角の位置に配置され、第２のコンデンサ群において、端子３２ｃと端子３２ｄとは対角の位置に配置されている。さらに、第１のコンデンサ群に接続された端子３２ａと第２のコンデンサ群に接続された端子３２ｄとは対角の位置に配置されている。
【００５２】
ここで、端子３２ａからコンデンサ２ａ〜２ｆを通って端子３２ｄに流れる電流を考える。まず、コンデンサ２ａに着目すると、電流は、コンデンサ２ａを通った後、配線６ｃ、６ｄ、６ｊの３本の配線を通る。次に、コンデンサ２ｄに着目すると、電流は、配線６ｉ、６ｇ、６ｈの３本の配線を通る。同様に、各コンデンサ２ｂ、２ｃ、２ｅ、２ｆに関しても考えると、電流経路中の配線はそれぞれ３本になる。よって、各コンデンサ２ａ〜２ｆに流れる電流は、同じ配線数の経路を通るため、均一に分配され、特定のコンデンサに電流集中しない。
【００５３】
さて、ここで、６個のコンデンサを１つのコンデンサ群で構成した場合の電流経路中の配線数と、本実施の形態２のように６個のコンデンサを２つのコンデンサ群に分けて、コンデンサ群を並列に接続した場合の電流経路中の配線数とを比較する。
【００５４】
まず、１つのコンデンサ群で構成した場合は、各コンデンサが一列に配置されている。従って、コンデンサの個数が６個の場合、電流経路中の配線数は５本となる。一方、本実施の形態２のように、２つのコンデンサ群に分けて、コンデンサ群を並列に接続した場合、コンデンサ群内のコンデンサ間を接続する配線数が約半分になるため、電流経路中の配線数は３本になる。そのため、本実施の形態２のように、２つのコンデンサ群を並列に接続した方が、電流経路中の配線のインピーダンスは小さくなる。
【００５５】
なお、配線６ｋと配線６ｌは、コンデンサ２ａ〜２ｆの各コンデンサに対して共通の電流経路であるため、配線６ｋと配線６ｌの長さが異なっていても、電流は各コンデンサに均一に分配される。ゆえに、電源配線２１および２２からコンデンサ２ａ〜２ｆへの配線の引き出し方は限定されない。
【００５６】
また、各コンデンサ２ａ〜２ｆ間を接続する各配線対、すなわち、配線６ａと配線６ｃの配線対、配線６ｂと配線６ｄの配線対、配線６ｅと配線６ｇの配線対、および、配線６ｆと配線６ｈの配線対の各インピーダンスがそれぞれ等しくなるように、各配線６ａ〜６ｈは配線されている。また、配線６ｉと配線６ｊのインピーダンスも等しくなるように配線されている。
【００５７】
加えて、以下の（１）〜（４）の配線のインピーダンスは、全て等しくなるように配線されている。
（１）第１のコンデンサ群の正極端子同士を接続する配線のインピーダンス、すなわち、配線６ａと配線６ｂのインピーダンスの和
（２）第１のコンデンサ群の負極端子同士を接続する配線のインピーダンス、すなわち、配線６ｃと配線６ｄのインピーダンスの和
（３）第２のコンデンサ群の正極端子同士を接続する配線のインピーダンス、すなわち、配線６ｅと配線６ｆのインピーダンスの和
（４）第２のコンデンサ群の負極端子同士を接続する配線のインピーダンス、すなわち、配線６ｇと配線６ｈのインピーダンスの和
【００５８】
本実施の形態２における配線の一例としては、例えば図４のようにすればよい。本実施の形態２では、図４に示すように、隣り合うコンデンサ２ａ、２ｂおよび２ｃ同士、および、隣り合うコンデンサ２ｄ、２ｅおよび２ｆ同士は、正極端子と負極端子の方向が互いに揃うように配置されている。そのため、各コンデンサ２ａ、２ｂおよび２ｃの正極端子間の配線である配線６ａと配線６ｂとは長さが等しい。それにより、配線６ａと配線６ｂとは、インピーダンスが互いに等しい。同様に、各コンデンサ２ｄ、２ｅおよび２fの正極端子間の配線である配線６ｅと配線６ｆとは長さが等しい。それにより、配線６ｅと配線６ｆとは、インピーダンスが互いに等しい。また、各コンデンサ２ａ、２ｂおよび２ｃの負極端子間の配線である配線６ｃと配線６ｄとは長さが等しい。それにより、配線６ｃと配線６ｄとは、インピーダンスが互いに等しい。同様に、各コンデンサ２ｄ、２ｅおよび２ｆの負極端子間の配線である配線６ｇと配線６ｈとは長さが等しい。それにより、配線６ｇと配線６ｈとは、インピーダンスが互いに等しい。なお、ここでは、配線のインピーダンスが「等しい」と記載しているが、実際には、ある一定レベルの誤差を含んでいてもよく、その場合には、「略等しい」となる。但し、「略等しい」よりも「等しい」の方が、より望ましいことは言うまでもない。
【００５９】
なお、図４に示すように、配線６ａと配線６ｃとは、基板１００を平面視したとき、部分的に、互いに重なり合っている。すなわち、配線６ａと配線６ｃとは、基板１００の主面に対して平行な方向において、互いに重なり合う部分６ｐを有している。このように、配線６ａと配線６ｃとは、基板１００を上から見た場合に、互いにオーバーラップしているが、配線６ａと配線６ｃとの間は絶縁されており、短絡することはない。また、同様に、配線６ｂと配線６ｄとは、基板１００を平面視したとき、部分的に、互いに重なり合っている。すなわち、配線６ｂと配線６ｄとは、基板１００の主面に対して平行な方向において、互いに重なり合う部分６ｑを有している。このように、配線６ｂと配線６ｄとは、基板１００を上から見た場合に、互いにオーバーラップしているが、配線６ｂと配線６ｄとの間は絶縁されており、短絡することはない。
【００６０】
同様に、図４に示すように、配線６ｅと配線６ｇとは、基板１００を平面視したとき、部分的に、互いに重なり合っている。すなわち、配線６ｅと配線６ｇとは、基板１００の主面に対して平行な方向において、互いに重なり合う部分６ｒを有している。このように、配線６ｅと配線６ｇとは、基板１００を上から見た場合に、互いにオーバーラップしているが、配線６ｅと配線６ｇとの間は絶縁されており、短絡することはない。また、同様に、配線６ｆと配線６ｈとは、基板１００を平面視したとき、部分的に、互いに重なり合っている。すなわち、配線６ｆと配線６ｈとは、基板１００の主面に対して平行な方向において、互いに重なり合う部分６ｓを有している。このように、配線６ｆと配線６ｈとは、基板１００を上から見た場合に、互いにオーバーラップしているが、配線６ｆと配線６ｈとの間は絶縁されており、短絡することはない。
【００６１】
なお、図４においては、配線６ｉと配線６ｊとの間には、互いに重なり合う部分が設けられていない。しかしながら、これに限定されず、配線６ｉと配線６ｊとの間に、互いに重なり合う部分を設けるようにしてもよい。同様に、配線６ｋと配線６ｌとの間に、互いに重なり合う部分を設けるようにしてもよい。但し、その場合においても、各配線は互いに絶縁される。
【００６２】
図４において、第１のコンデンサ群の正極端子同士を接続する配線６ａおよび６ｂと負極端子同士を接続する配線６ｃおよび６ｄとは、コンデンサ間の配線の接続関係がわかるように、説明上、部分的にしか重ねていないが、可能な限りの領域を重ねる方が望ましい。第２のコンデンサ群の正極端子同士を接続する配線６ｅおよび６ｆと負極端子同士を接続する配線６ｇおよび６ｈに関しても同様である。
【００６３】
本実施の形態２において、第１のコンデンサ群と第２のコンデンサ群とは、それぞれ、３つのコンデンサを備えている。しかし、これに限定されるものではなく、第１と第２のコンデンサ群が含むコンデンサの個数ｎは、２個以上の任意の個数としてよい。
【００６４】
本実施の形態２では、２つのコンデンサ群、すなわち、第１のコンデンサ群と第２のコンデンサ群とを備えているが、これに限定されるものではなく、コンデンサ群の個数ｍは、３つ以上でもよい。すなわち、ｍは、２以上の自然数である。なお、コンデンサ群の個数ｍが１つの場合は、上述した実施の形態１となる。
【００６５】
なお、本実施の形態２において、コンデンサ群の個数がｍ個で、各コンデンサ群に含まれるコンデンサの個数がｎ個の場合、ｍ個のコンデンサ群の第３の端子同士を第５の配線によって接続し、ｍ個のコンデンサ群の第４の端子同士を第６の配線で接続することにより、ｍ個の各コンデンサ群の第１の配線と電源配線２１とは、第１のコンデンサ群の第１のコンデンサ側で、第３の配線である配線６ｋによって接続され、ｍ個の各コンデンサ群の第２の配線と電源配線２２とは、第ｍのコンデンサ群の第ｎのコンデンサ側で、第４の配線である配線６ｌによって接続されている。従って、図３の構成は、図１の構成のコンデンサ群をｍ個にした場合の構成例と考えることができる。
【００６６】
本実施の形態２においても、各コンデンサ群ごとに、各コンデンサの正側端子同士を接続する第１の配線と、各コンデンサの負極端子同士を接続する第２の配線とのインピーダンスを等しくするようにしたので、実施の形態１と同様に、電流集中に起因する特定のコンデンサの寿命の低下を防ぐことができる。さらに、電源配線２１および２２から複数のコンデンサへの配線の引き出しが限定されないために、電力変換器を小型化できる。
【００６７】
さらに、本実施の形態２においては、２つのコンデンサ群を並列に接続することで、各コンデンサに流れる電流の経路中の配線のインピーダンス、すなわち、インダクタンス成分および抵抗成分が小さくなる。そのため、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３のスイッチング素子のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制することができるとともに、配線で生じる損失が低減し、電力変換器の効率を改善することができる。
【００６８】
さらに、コンデンサ２ａ〜２ｆの各コンデンサ間を接続する各配線対のインピーダンスを等しくし、配線６ｉと配線６ｊのインピーダンスを等しくした上で、第１のコンデンサ群の正極端子同士を接続する配線および負極端子同士を接続する配線のインピーダンスと、第２のコンデンサ群の正極端子同士を接続する配線および負極端子同士を接続する配線のインピーダンスとを等しくすることで、各コンデンサの寿命を均等にできるので、より寿命特性の低いコンデンサが使用可能となり、電力変換器をより低コスト化できる。
【００６９】
また、コンデンサ２ａ、２ｂおよび２ｃの正極端子同士を接続する配線６ａおよび６ｂと負極端子同士を接続する配線６ｃおよび６ｄとをそれぞれ重ね合わせ、コンデンサ２ｄ、２ｅおよび２ｆの正極端子同士を接続する配線６ｅおよび６ｆと負極端子同士を接続する配線６ｇおよび６ｈとを重ね合わせることで、互いに重なり合う部分６ｐ、６ｑ、６ｒおよび６ｓに浮遊容量が付加される。そのため、コンデンサ部１０Ｂの高周波のインピーダンス特性が改善し、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３のスイッチング素子のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制することができる。
【００７０】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係る電力変換器の構成について説明する。図５は、本発明の実施の形態３に係る電力変換器１００２の構成を示す概略図である。図５に示すように、電力変換装置１００２は、図１の実施の形態１の電力変換装置１０００のコンデンサ部１０Ａの代わりに、コンデンサ部１０Ｃが設けられている。また、実施の形態１では、電源配線２１に接続された第３の配線を配線５ｅとし、電源配線２２に接続された第４の配線を５ｆとしていたが、本実施の形態３においては、第３の配線を配線７ｍと配線７ｏとし、第４の配線を配線７ｎと配線７ｐとする。本実施の形態３の上記以外の構成および動作は、実施の形態１の電力変換装置１０００と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００７１】
コンデンサ部１０Ｃはコンデンサ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇおよび３ｈを備えて構成されている。コンデンサ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇおよび３ｈはアルミ電解コンデンサから構成されている。
【００７２】
コンデンサ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇおよび３ｈは複数の配線層から成る多層配線基板上に実装され、各配線は基板パターンによって構成されている。
【００７３】
図５に示すように、コンデンサ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄは、実施の形態１の並列接続された３個のコンデンサ１ａ、１ｂおよび１ｃを、４個に変更した構成である。これは、コンデンサ３ｅ、３ｆ、３ｇおよび３ｈに関しても同様である。
【００７４】
ここで、コンデンサ３ａ〜３ｄをＡ群、コンデンサ３ｅ〜３ｈをＢ群とする。すなわち、本実施の形態３においては、コンデンサ群の個数ｍは２であり、各コンデンサ群に含まれるコンデンサの個数ｎは４である。
【００７５】
また、Ａ群のコンデンサ３ａ〜３ｄの正極端子同士を接続している第１の配線としての配線７ａ、７ｂおよび７ｃを「第１の配線経路」と呼び、Ａ群のコンデンサ３ａ〜３ｄの負極端子同士を接続している第２の配線としての配線７ｄ、７ｅおよび７ｆを「第２の配線経路」と呼ぶこととする。また、Ｂ群のコンデンサ３ｅ〜３ｈの正極端子同士を接続している第１の配線としての配線７ｇ、７ｈおよび７ｉを「第３の配線経路」と呼び、Ｂ群のコンデンサ３ｅ〜３ｈの負極端子同士を接続している第２の配線としての配線７ｊ、７ｋおよび７ｌを「第４の配線経路」と呼ぶこととする。なお、ここで、各配線７ａ〜７ｌの長さは、すべて同じであり、インピーダンスも同じである。また、配線７ａ〜７ｌの幅及び厚み、または、形状は、同じであるように形成されている。
【００７６】
本実施の形態３のＡ群とＢ群の配置および配線の一例を図６に示す。図６中の灰色のコンデンサはＡ群を、白色のコンデンサはＢ群を表す。
【００７７】
図６より、コンデンサ３ａ〜３ｈは縦２列、横４列に配置され、Ａ群とＢ群は互い違いに配置されている。また、コンデンサ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄは反時計回りに配置され、コンデンサ３ｅ、３ｆ、３ｇおよび３ｈは時計回りに配置されている。
【００７８】
配線７ａ〜７ｃを含む第１の配線経路と、配線７ｄ〜７ｆを含む第２の配線経路とが、共に、下に突のループ形状で配線されている。同様に、配線７ｇ〜７ｉを含む第３の配線経路と、配線７ｊ〜７ｌを含む第４の配線経路とが、共に、下に突のループ形状で配線されている。
【００７９】
図６に示すように、配線７ａ〜７ｃを含む第１の配線経路と、配線７ｇ〜７ｉを含む第３の配線経路との、配線経路同士の配線経路対は、基板１００を平面視したときに、互いに重なり合う部分を有する。同様に、配線７ｄ〜７ｆを含む第２の配線経路と、配線７ｇ〜７ｉを含む第４の配線経路との、配線経路同士の配線経路対は、基板１００を平面視したときに、互いに重なり合う部分を有する。但し、各配線間は絶縁されており、短絡することはない。
【００８０】
また、図６に示すように、Ａ群において、コンデンサ３ａの正極端子３ａｐと電源配線２１とが配線７ｍで接続され、コンデンサ３ｄの負極端子３ｄｎと電源配線２２とが配線７ｎで接続されている。Ｂ群においては、コンデンサ３ｅの正極端子３ｅｐと電源配線２１とが配線７ｏで接続され、コンデンサ３ｈの負極端子３ｈｎと電源配線２２とが配線７ｐで接続されている。
【００８１】
図６において、Ａ群のコンデンサ３ａ、３ｂ、３ｃおよび３ｄ間のそれぞれを接続する配線の長さは、Ｂ群のコンデンサを１つ飛ばして、等間隔に接続しているため、等しくなる。これはＢ群についても同様である。すなわち、Ｂ群のコンデンサ３ｅ、３f、３ｇおよび３ｈ間のそれぞれを接続する配線の長さは、Ａ群のコンデンサを１つ飛ばして、等間隔に接続しているため、等しくなる。よって、コンデンサ間を接続する各配線対のインピーダンスは、等しくなる。具体的には、配線７ａと配線７ｄの配線対、配線７ｂと配線７ｅの配線対、配線７ｃと配線７ｆの配線対、配線７ｇと配線７ｊの配線対、配線７ｈと配線７ｋの配線対、配線７ｉと配線７ｌの配線対のインピーダンスは、等しい。また、Ａ群もＢ群もコンデンサを１つ飛ばしで等間隔に接続しているため、第１の配線経路から第４の配線経路までの各インピーダンスは等しくなる。
【００８２】
図６に示すように、互い違いに配置されたＡ群とＢ群のコンデンサが電源配線２１および２２と接続されているため、配線７ｍと配線７ｎの配線の長さの和と、配線７ｏと配線７ｐの配線の長さの和は等しくなる。よって、配線７ｍと配線７ｎのインピーダンスの和と、配線７ｏと配線７ｐのインピーダンスの和は等しくなる。
【００８３】
上記の説明において、インピーダンスまたはインピーダンスの和は「等しい」としているが、ある一定レベルの誤差を含んだ「略等しい」でもよく、その場合においても同様の効果を奏する。
【００８４】
図６に示した配線のうち、Ａ群のコンデンサ３ａ〜３ｄを接続する配線について抜粋したものを図７に示し、図６に示した配線のうち、Ｂ群のコンデンサ３ｅ〜３ｈを接続する配線について抜粋したものを図８に示す。図７および図８中の灰色のコンデンサはＡ群のコンデンサを示し、白色のコンデンサはＢ群のコンデンサを示す。
【００８５】
第１から第４の配線経路に流れる電流の方向を考えると、電流は、電源配線２１から各コンデンサを通って電源配線２２に流れる。そのため、図７においては、図７の破線矢印で示すように、配線７ａ〜７ｃを含む第１の配線経路と配線７ｄ〜７ｆを含む第２の配線経路には反時計周り方向に電流が流れる。一方、図８においては、図８の破線矢印で示すように、配線７ｇ〜７ｉを含む第３の配線経路と配線７ｊ〜７ｌを含む第４の配線経路には時計周り方向に電流が流れる。
【００８６】
よって、配線７ａ〜７ｃを含む第１の配線経路と配線７ｇ〜７ｉを含む第３の配線経路の配線経路対に着目すると、第１の配線経路に流れる電流の方向と第３の配線経路に流れる電流の方向は対向している。また、第１の配線経路と第３の配線経路の配線経路対は、互いに重なり合う部分を持つため、第１の配線経路で発生する磁束と第３の配線経路で発生する磁束は打ち消される。そのため、第１の配線経路と第３の配線経路の合計のインダクタンスは、配線経路で発生する磁束が打ち消されない場合より小さくなる。これは、第２の配線経路と第４の配線経路の配線経路対に関しても同様である。
【００８７】
図６において、配線７ａ〜７ｃを含む第１の配線経路と配線７ｄ〜７ｆを含む第２の配線経路とは、互いに重なり合う部分を有し、配線７ｇ〜７ｉを含む第３の配線経路と配線７ｊ〜７ｌを含む第４の配線経路も、互いに重なり合う部分を有する。なお、配線７ｍと配線７ｎ間、および、配線７ｏと配線７ｐ間にも、互いに重なり合う部分を有するようにしてもよい。
【００８８】
このように、第１の配線経路と第２の配線経路は部分的に重なり、第３の配線経路と第４の配線経路も、部分的に重なっている。しかし、これはコンデンサ間の配線の接続関係がわかるように、説明上、部分的にしか重ねていないが、これに限定されるものではなく、配線同士は可能な限りの領域を重ねる方が望ましい。
【００８９】
また、図６において、配線７ａ〜７ｃを含む第１の配線経路と配線７ｊ〜７ｌを含む第４の配線経路の配線経路対と、配線７ｄ〜７ｆを含む第２の配線経路と配線７ｊ〜７ｌを含む第４の配線経路の配線経路対とは、それぞれ、互いに重なり合う部分を有していない。しかし、これはコンデンサ間の配線の接続関係がわかるように、説明上、重ねていないので、これに限定されるものではなく、互いに重なり合う部分を有するほうが望ましい。また、互いに重なり合う部分の領域は可能な限り大きい方が良い。
【００９０】
また、図６において、配線７ａ〜７ｃを含む第１の配線経路と配線７ｇ〜７ｉを含む第３の配線経路の配線経路対、配線７ｄ〜７ｆを含む第２の配線経路と配線７ｇ〜７ｉを含む第３の配線経路の配線経路対は、それぞれ、基板１００を平面視したとき、互いに重なり合う部分を有する。しかし、これはコンデンサ間の配線の接続関係がわかるように、説明上、部分的にしか重ねていないので、これに限定されるものではなく、配線同士は可能な限りの領域を重ねる方が望ましい。
【００９１】
なお、図６において、コンデンサ３ａ〜３ｈは、正極端子の向きおよび負極端子の向きを揃えて、等間隔で、縦２列、横４列に配置されているが、これに限定されるものではない。例えば、正極端子および負極端子の向きは互い違いでもよい。また、コンデンサ間の間隔は、非等間隔でもよい。さらに、コンデンサの配置は、一列でなくても、ジグザグに配置してもよい。
【００９２】
本実施の形態３では、Ａ群に４個のコンデンサ３ａ〜３ｄ、Ｂ群に４個のコンデンサ３ｅ〜３ｈの計８個のコンデンサが用いられているが、これに限定されるものではなく、Ａ群に２個以上、Ｂ群に２個以上の計４個以上のコンデンサ構成であればよい。
【００９３】
本実施の形態３においては、上記特徴により、実施の形態１と同様に、電流集中に起因する特定のコンデンサの寿命の低下を防ぐことができ、かつ、電源配線から複数のコンデンサへの配線の引き出しが限定されないために、電力変換器を小型化できる。
【００９４】
加えて、本実施の形態３においては、各コンデンサを接続する配線で発生する磁束が打ち消される構成にすることで、配線のインダクタンスが小さくなるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３のスイッチング素子のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制することができる。
【００９５】
さらに、各コンデンサ間を接続する配線対のインピーダンスと、第１から第４の配線経路のインピーダンスとをそれぞれ等しくするとともに、配線７ｍおよび配線７ｎのインピーダンスの和と、配線７ｏおよび配線７ｐのインピーダンスの和とを等しくすることで、各コンデンサの寿命を均等にできるので、より寿命特性の低いコンデンサが使用可能となり、電力変換器をより低コスト化できる。
【００９６】
また、本実施の形態３では、配線７ａ〜７ｃを含む第１の配線経路と配線７ｄ〜７ｆを含む第２の配線経路との間に、互いに重なり合う部分を有し、配線７ｇ〜７ｉを含む第３の配線経路と配線７ｊ〜７ｌを含む第４の配線経路との間に、互いに重なり合う部分を有している。互いに重なり合う部分には浮遊容量が付加されるので、コンデンサ部１０Ｃの高周波のインピーダンス特性が改善し、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３のスイッチング素子のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制することでができる。
【００９７】
なお、上記実施の形態１から実施の形態３までにおいて、配線は基板パターンとした。これにより、積層された基板パターンで配線を構成できるため省スペースかつ低コストで配線を構成することができる。
【００９８】
上記実施の形態１から実施の形態３までにおいて、配線は基板パターンとした。しかしこれに限定されず、配線をバスバーを使用して行ってもよい。配線にバスバーを使用することで、配線のインピーダンスをより小さくできるとともに、電力変換器内のスペースに合わせて配線を自由に成型できるため、無駄なスペースをなくし、電力変換器の小型化が可能となる。
【００９９】
尚、上記実施の形態１から実施の形態３において、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２とＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３を構成している半導体スイッチング素子の材料に、高速動作が可能なワイドバンドギャップ半導体である窒化ガリウム（ＧａＮ（Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｎｉｔｒｉｄｅ））系材料あるいは炭化珪素（ＳｉＣ（Ｓｉｌｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ））系材料を用いてもよく、あるいは、ダイヤモンド系材料を用いてもよい。
【０１００】
ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体スイッチング素子を高速にスイッチングする場合、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２から各コンデンサまでの配線のインダクタンスと、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３から各コンデンサまでの配線のインダクタンスのサージ電圧への影響が大きい。そのため、上記実施の形態２および実施の形態３の構成において配線のインダクタンスを小さくすることで、高速にスイッチングを行っても、よりサージ電圧の抑制が可能となる。
【０１０１】
上記実施の形態１から実施の形態３において、コンデンサ１ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｆ、３ａ〜３ｈには、体積当たりの静電容量が大きいアルミ電解コンデンサを使用している。これにより、コンデンサの静電容量に対して小型なコンデンサの構成が可能となる。
【０１０２】
上記実施の形態１および実施の形態２において、図１および図３に示すように、コンデンサ部１０Ａおよび１０Ｂの、電源配線２１および２２に近い位置にコンデンサ４が接続されている。これにより、コンデンサ４が高周波の電流リプルを充放電するので、コンデンサ部１０Ａおよび１０Ｂの高周波のインピーダンス特性が改善し、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路１２およびＤＣ／ＤＣコンバータ回路１３のスイッチング素子のスイッチング時に発生するサージ電圧を抑制することができる。
【０１０３】
尚、コンデンサ４はセラミックコンデンサとしたが、これに限定されず、セラミックコンデンサと同様に周波数特性に優れたフィルムコンデンサでもよい。
【０１０４】
以下、上記実施の形態３の変形例について説明する。当該変形例においては、コンデンサ３ａを第１のコンデンサとし、コンデンサ３ｈを第２のコンデンサとし、コンデンサ３ｄを第３のコンデンサとし、コンデンサ３ｅを第４のコンデンサとする。
【０１０５】
この場合、第１のコンデンサから第４のコンデンサまでの４個のコンデンサが、第１から第４の順に並べられている。また、第１のコンデンサと第３のコンデンサの正側端子同士が第１の配線としての配線７ａ、７ｂおよび７ｃで接続され、第１のコンデンサと前記第３のコンデンサの負側端子同士が第２の配線としての配線７ｄ、７ｅおよび７ｆで接続されている。
【０１０６】
さらに、第２のコンデンサと第４のコンデンサの正側端子同士が第３の配線としての配線７ｇ、７ｈおよび７ｉで接続され、第２のコンデンサと第４のコンデンサの負側端子同士が第４の配線としての配線７ｊ、７ｋおよび７ｌで接続されている。
【０１０７】
このとき、第１の配線と電源配線２１とは第１のコンデンサ側で第５の配線としての配線７ｍによって接続され、第２の配線と電源配線２２とは第３のコンデンサ側で第６の配線としての配線７ｎによって接続されている。
【０１０８】
また、第３の配線と電源配線２１とは第４のコンデンサ側で第７の配線としての配線７ｏによって接続され、第４の配線と電源配線２２とは第２のコンデンサ側で第８の配線としての配線７ｐによって接続されている。
【０１０９】
さらに、第１の配線と第３の配線の配線対、第１の配線と第４の配線の配線対、第２の配線と第３の配線の配線対、第２の配線と第４の配線の配線対の内、少なくとも１つの配線対が重なり合う部分を有するようにすればよい。このように、第１から第４までのコンデンサは、第１から第４の順に並んでいればよく、第１から第４までのコンデンサ間に他のコンデンサがあっても、上記の実施の形態３と同様の効果が得られる。
【０１１０】
また、実施の形態３の変形例の場合においても、第１の配線、第２の配線、第３の配線、および、第４の配線の各インピーダンスは等しく、電源配線２１から第１のコンデンサの正側端子までのインピーダンスと、第３のコンデンサの負側端子から電源配線２２までのインピーダンスとの総和と、電源配線２１から第４のコンデンサの正側端子までのインピーダンスと、第２のコンデンサの負側端子から電源配線２２までのインピーダンスとの総和とを等しくなるようにすると、さらに望ましい。
【０１１１】
また、第１の配線と第２の配線との配線対、および、第３の配線と第４の配線との配線対の内、少なくとも１つの配線対の配線が互いに重なり合う部分を有するようにすると、さらに望ましい。
【０１１２】
本発明は、その発明の範囲において、各実施の形態１〜３の任意の構成要素を適宜、変更または省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
１ａ  コンデンサ、１ｂ  コンデンサ、１ｃ  コンデンサ、２ａ  コンデンサ、２ｂ  コンデンサ、２ｃ  コンデンサ、２ｄ  コンデンサ、２ｅ  コンデンサ、２ｆ  コンデンサ、３ａ  コンデンサ、３ｂ  コンデンサ、３ｃ  コンデンサ、３ｄ  コンデンサ、３ｅ  コンデンサ、３ｆ  コンデンサ、３ｇ  コンデンサ、３ｈ  コンデンサ、４  コンデンサ、５ａ  配線、５ｂ  配線、５ｃ  配線、５ｄ  配線、５ｅ  配線、５ｆ  配線、６ａ  配線、６ｂ  配線、６ｃ  配線、６ｄ  配線、６ｅ  配線、６ｆ  配線、６ｇ  配線、６ｈ  配線、６ｉ  配線、６ｊ  配線、６ｋ  配線、６ｌ  配線、７ａ  配線、７ｂ  配線、７ｃ  配線、７ｄ  配線、７ｅ  配線、７ｆ  配線、７ｇ  配線、７ｈ  配線、７ｉ  配線、７ｊ  配線、７ｋ  配線、７ｌ  配線、７ｍ  配線、７ｎ  配線、７ｏ  配線、７ｐ  配線、１０Ａ  コンデンサ部、１０Ｂ  コンデンサ部、１０Ｃ  コンデンサ部、１１  交流電源、１２  ＡＣ／ＤＣコンバータ、１３  ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４  負荷、２１  電源配線、２２  電源配線、３１ａ  端子、３１ｂ  端子、３２ａ  端子、３２ｂ  端子、３２ｃ  端子、３２ｄ  端子、１０００  電力変換器、１００１  電力変換器、１００２  電力変換器。
【図１】
2020092474.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年3月30日(2020.3.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は、第１の電源配線と、第２の電源配線と、第１のコンデンサと第２のコンデンサを含むコンデンサ群とを備え、前記コンデンサ群の前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサは、第１端子と第２端子とを有し、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサの前記第１端子同士は第１の配線で接続され、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサの前記第２端子同士は第２の配線で接続され、前記コンデンサ群は、第１のコンデンサ群から第ｍのコンデンサ群までのｍ個のコンデンサ群を含み、前記ｍは、２以上の自然数であり、前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第１の配線は、前記第１のコンデンサ側に第３端子を有し、前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第２の配線は、前記第２のコンデンサ側に第４端子を有し、前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第３端子同士を、第５の配線によって接続し、前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第４端子同士を、第６の配線によって接続することにより、前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第１の配線と前記第１の電源配線とは、前記第１のコンデンサ群の前記第１のコンデンサ側で接続され、前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第２の配線と前記第２の電源配線とは、前記第ｍのコンデンサ群の前記第２のコンデンサ側で接続され、前記第１の配線のインピーダンスと前記第２の配線のインピーダンスとは等しく、前記第１の電源配線と前記ｍ個の各前記コンデンサ群との間の配線と、前記第２の電源配線と前記ｍ個の各前記コンデンサ群との間の配線と、の間にセラミックコンデンサまたはフィルムコンデンサを有する、電力変換器である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源配線と、
第２の電源配線と、
第１のコンデンサと第２のコンデンサを含むコンデンサ群と
を備え、
前記コンデンサ群の前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサは、第１端子と第２端子とを有し、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサの前記第１端子同士は第１の配線で接続され、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサの前記第２端子同士は第２の配線で接続され、
前記コンデンサ群は、第１のコンデンサ群から第ｍのコンデンサ群までのｍ個のコンデンサ群を含み、
前記ｍは、２以上の自然数であり、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第１の配線は、前記第１のコンデンサ側に第３端子を有し、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第２の配線は、前記第２のコンデンサ側に第４端子を有し、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第３端子同士を、第５の配線によって接続し、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第４端子同士を、第６の配線によって接続することにより、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第１の配線と前記第１の電源配線とは、前記第１のコンデンサ群の前記第１のコンデンサ側で接続され、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第２の配線と前記第２の電源配線とは、前記第ｍのコンデンサ群の前記第２のコンデンサ側で接続され、
前記第１の配線のインピーダンスと前記第２の配線のインピーダンスとは等しく、
前記第１の電源配線と前記ｍ個の各前記コンデンサ群との間の配線と、前記第２の電源配線と前記ｍ個の各前記コンデンサ群との間の配線と、の間にセラミックコンデンサまたはフィルムコンデンサを有する
電力変換器。
【請求項２】
第１の電源配線と、
第２の電源配線と、
第１のコンデンサと第２のコンデンサを含むコンデンサ群と
を備え、
前記コンデンサ群の前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサは、第１端子と第２端子とを有し、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサの前記第１端子同士は第１の配線で接続され、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサの前記第２端子同士は第２の配線で接続され、
前記コンデンサ群は、第１のコンデンサ群から第ｍのコンデンサ群までのｍ個のコンデンサ群を含み、
前記ｍは、２以上の自然数であり、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第１の配線は、前記第１のコンデンサ側に第３端子を有し、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第２の配線は、前記第２のコンデンサ側に第４端子を有し、
前記ｍ個の各前記コンデンサ群ごとに、
前記第１の配線と前記第１の電源配線とが、前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第３端子を介して、前記第１のコンデンサ側で接続され、
前記第２の配線と前記第２の電源配線とが、前記ｍ個の各前記コンデンサ群の前記第４端子を介して、前記第２のコンデンサ側で接続され、
前記第１の配線のインピーダンスと前記第２の配線のインピーダンスとは等しく、
前記第１の電源配線と前記ｍ個の各前記コンデンサ群との間の配線と、前記第２の電源配線と前記ｍ個の各前記コンデンサ群との間の配線と、の間にセラミックコンデンサまたはフィルムコンデンサを有する
電力変換器。
【請求項３】
各前記コンデンサ群の前記第１の配線同士のインピーダンスが等しく、
各前記コンデンサ群の前記第２の配線同士のインピーダンスが等しく、
前記第３端子から前記第１の電源配線までのインピーダンスと、
前記第４端子から前記第２の電源配線までのインピーダンスとの総和が各前記コンデンサ群間で等しい、
請求項２に記載の電力変換器。
【請求項４】
前記第１の配線と前記第２の配線とは互いに重なり合う部分を有する、
請求項１から３までのいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項５】
前記第１の配線と前記第２の配線とは多層配線基板の基板パターンにより構成される、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の電力変換器。
【請求項６】
前記第１の配線と前記第２の配線とはバスバーにより構成される、
請求項１から４までのいずれか１項に記載の電力変換器。