(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相の交流モータに電力を供給する電力変換装置において、
電源ラインのＰ極側に接続される第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きで、一端が前記第１のスイッチング素子に直列接続され、他端が前記電源ラインのＮ極側に接続される第１のダイオードとを有する第１のブリッジ回路素子と、
前記第１のスイッチング素子の順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きで、Ｐ極側に接続される第２のダイオードと、前記第２のダイオードの順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きで、一端が前記第２のダイオードに直列接続され、他端が前記電源ラインのＮ極側に接続される第２のスイッチング素子とを有する第２のブリッジ回路素子とを備え、
前記第１のブリッジ回路素子は、前記第２のブリッジ回路素子と並列に配置されており、
複数の前記第１のブリッジ回路素子のうち、並列に配置された少なくとも二つの前記第１のブリッジ回路素子の間には、前記二つの第１のブリッジ回路素子の相と異なる相の前記第２のブリッジ回路素子が配置されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
多相の交流モータに電力を供給する電力変換装置において、
電源ラインのＰ極側に接続される第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きで、一端が前記第１のスイッチング素子に直列接続され、他端が前記電源ラインのＮ極側に接続される第１のダイオードとを有する第１のブリッジ回路素子と、
前記第１のスイッチング素子の順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きで、Ｐ極側に接続される第２のダイオードと、前記第２のダイオードの順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きで、一端が前記第２のダイオードに直列接続され、他端が前記電源ラインのＮ極側に接続される第２のスイッチング素子とを有する第２のブリッジ回路素子とを備え、
前記第１のブリッジ回路素子は、前記第２のブリッジ回路素子と並列に配置されており、
複数の前記第１のブリッジ回路素子のうち、電気角の順序で並列に配置された少なくとも二つの前記第１のブリッジ回路素子の間には、前記二つの第１のブリッジ回路素子の相と異なる相の前記第２のブリッジ回路素子が配置されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
多相の交流モータに電力を供給する電力変換装置において、
電源ラインのＰ極側に接続される第１のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子の順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きで、一端が前記第１のスイッチング素子に直列接続され、他端が前記電源ラインのＮ極側に接続される第１のダイオードとを有する第１のブリッジ回路素子と、
前記第１のスイッチング素子の順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きで、Ｐ極側に接続される第２のダイオードと、前記第２のダイオードの順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きで、一端が前記第２のダイオードに直列接続され、他端が前記電源ラインのＮ極側に接続される第２のスイッチング素子とを有する第２のブリッジ回路素子と、
前記第１のブリッジ回路素子及び前記第２のブリッジ回路素子を交互に列状に並べた第１のブリッジ回路素子列と、
前記第１のブリッジ回路素子及び前記第２のブリッジ回路素子を交互に列状に並べた第２のブリッジ回路素子列とを備え、
前記第１のブリッジ回路素子及び第２のブリッジ回路素子は、
前記第１のスイッチング素子と前記第１のダイオードとの接続点、及び前記第２のスイッチング素子と前記第２のダイオードとの接続点に、それぞれ接続される複数の中間電極を有し、
前記第１のブリッジ回路素子列及び前記第２のブリッジ回路素子列は、
前記第１のブリッジ回路素子及び前記第２のブリッジ回路素子が、前記第１のブリッジ回路素子列と前記第２のブリッジ回路素子列との間の中心点に対して点対称になるように配置され、かつ、
前記第１のブリッジ回路素子列の前記中間端子の各相と、前記第２のブリッジ回路素子列の前記中間端子とが、前記中心点に対して点対称になるように配置されている
ことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
前記第１のブリッジ回路素子及び第２のブリッジ回路素子は、
電源ラインのＰ極側に接続される共通のＰ極側の共通電極と、
電源ラインのＮ極側に接続される共通のＮ極側の共通電極とを有し、
前記Ｐ極側の共通電極、前記Ｎ極側の共通電極及び前記複数の中間電極は、並列に配置されていることを特徴とする
請求項３に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
各アームにつき、ＩＧＢＴとダイオードが並列接続で実装され、各相につき、直流端子となる正極端子に接続される上アームと、直流端子となる負極端子に接続される下アームとが実装され、これらの直流端子はＩＧＢＴ又はダイオードにボンディングワイヤにより接続されているパワー半導体モジュールが知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２０６２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のパワー半導体モジュールでは、図１５に示すように、上アーム５１０において、ＩＧＢＴ５１１と、当該ＩＧＢＴ５１１の動作中に動作しないダイオード５１２とが、正極端子５０１と端子５０２との間に配置され、下アーム５２０において、ＩＧＢＴ５２１と、当該ＩＧＢＴ５２１の動作中に動作しないダイオード５２２とが、端子５０２と負極端子５０３との間に配置されているため、各端子と各アーム内の素子とをボンディングワイヤで接続した場合に、図１５の矢印に示すように、ボンディングワイヤが長くなり、電気的なインダクタンスが大きくなるという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、各端子と各素子とを接続するための導体の距離を抑制することができる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、第１のスイッチング素子及び第１のスイッチング素子の順方向と逆向きで当該第１のスイッチング素子と直列接続される第１のダイオードを有する第１のブリッジ回路素子と、第２のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子の順方向と逆向きで当該第２のスイッチング素子と直列接続される第２のダイオードを有する第２のブリッジ回路素子とを並列に配置することをよって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、スイッチング素子と、当該スイッチング素子の動作中に動作するダイオードとが直列で接続されるため、Ｐ極側の端子から素子を介してＮ極側の端子まで接続する導体の距離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る電力変換装置の回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電力変換装置の構造の平面図である。
【図３】図２の電力変換装置の構造の側面図である。
【図４】図１の回路における、電気角に対する相電流特性を示すグラフである。
【図５】図１の回路図に相当し、電気角１２０〜１８０度における電流の流れを示す回路図である。
【図６】図１の回路図に相当し、電気角１８０〜２４０度における電流の流れを示す回路図である。
【図７】図１の回路図に相当し、電気角２４０〜３００度における電流の流れを示す回路図である。
【図８】従来の三相インバータ回路の回路図である。
【図９】図２の電力変換装置の変形例であって、電力変換装置の構造の平面図である。
【図１０】図２の電力変換装置の変形例であって、電力変換装置の構造の平面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る電力変換装置の構造の平面図である。
【図１２】図１１の電力変換装置の変形例であって、電力変換装置の構造の平面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係る電力変換装置の構造の平面図である。
【図１４】図１３の電力変換装置の変形例であって、電力変換装置の構造の平面図である。
【図１５】従来のパワー半導体モジュールの構造の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本例の電力変換装置は、誘導性負荷に接続される装置であり、例えば、モータと直流電源との間に接続されるインバータとして用いられる。
【００１０】
《第１実施形態》
図１は本例の電力変換装置１０の回路図である。図２は本例の電力変換装置の構造の概略を示す平面図であり、図３は本例の電力変換装置の概略を示す側面図であり、図２の矢印ＩＩＩからみた図に相当する。
【００１１】
図１に示すように、本例の電力変換装置１０の回路は、三相のインバータ回路であって、電源ライン１０１の間に、並列に接続されたブリッジ回路１〜６と、平滑用のコンデンサ７とを備えている。電源ライン１０１は、直流電源となるバッテリ９００に接続されている。また平滑用コンデンサ７は、高電位側の電力ライン１０１と低電位側の電極ライン１０１の間に接続されている。ここで、バッテリ９００に繋がる高電位側をＰ極側とし、バッテリ９００に繋がる低電位側をＮ極側とする。
【００１２】
ブリッジ回路１〜６は、一端をＰ極側の電源ライン１０１に、他端をＮ極側の電源ラインに接続され、ブリッジ回路１、ブリッジ回路６、ブリッジ回路３、ブリッジ回路２、ブリッジ回路５及びブリッジ回路４の順で並列に配置されている。ブリッジ回路１、３、５は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子１１、３１、５１（以下、ＳＷ１１、３１、５１と称す。）と当該スイッチング素子１１、３１、５１にそれぞれ直列接続されたフライホールドダイオード１２、３２、５２（以下ＦＷＤ１２、３２、５２と称す。）とをそれぞれ備えている。ブリッジ回路１、３、５において、スイッチング素子１１、３１、５１のコレクタ端子はＰ極側の電源ライン１０１に接続され、スイッチング素子１１、３１、５１のエミッタ端子はＦＷＤ１２、３２、５２のカソード端子にそれぞれ接続されている。また、ＦＷＤ１２、３２、５２のアノード端子がＮ極側の電源ライン１０１に接続されている。これにより、ＦＷＤ１２、３２、５２は、ＳＷ１１、３１、５１の順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きで、ＳＷ１１、３１、５１と直列に接続されている。
【００１３】
ブリッジ回路２、４、６は、ＩＧＢＴ等のスイッチン素子２１、４１、６１（以下、ＳＷ２１、４１、６１と称す。）と当該スイッチング素子２１、４１、６１にそれぞれ直列接続されたフライホールドダイオード等のダイオード２２、４２、６２（以下ＦＷＤ２２、４２、６２と称す。）とをそれぞれ備えている。ブリッジ回路２、４、６において、スイッチング素子２１、４１、６１のエミッタ端子はＮ極側の電源ライン１０１に接続され、スイッチング素子２１、４１、６１のコレクタ端子はＦＷＤ２２、４２、６２のアノード端子にそれぞれ接続されている。また、ＦＷＤ２２、４２、６２のカソード端子がＰ極側の電源ライン１０１に接続されている。これにより、ＳＷ２１、４１、６１は、ＦＷＤ２２、４２、６２の順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きで、ＦＷＤ２２、４２、６２と直列に接続されている。また、ＦＷＤ２２、４２、６２は、ＳＷ１１、３１、５１の順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きになるように接続され、ＦＷＤ１２、３２、５２は、ＳＷ２１、４１、６１の順方向導通時に流れる電流の向きと逆向きになるように接続されている。
【００１４】
ＳＷ１１のエミッタ端子とＦＷＤ１２のカソード端子との接続点及びＳＷ２１のコレクタ端子とＦＷＤ２２のアノード端子との接続点は後述する中間電極に接続され、図示しないモータのＵ相ラインと電気的に接続されている。ＳＷ３１のエミッタ端子とＦＷＤ３２のカソード端子との接続点及びＳＷ４１のコレクタ端子とＦＷＤ４２のアノード端子との接続点は後述する中間電極に接続され、図示しないモータのＶ相ラインと電気的に接続されている。ＳＷ５１のエミッタ端子とＦＷＤ５２のカソード端子との接続点及びＳＷ６１のコレクタ端子とＦＷＤ６２のアノード端子との接続点は後述する中間電極に接続され、図示しないモータのＷ相ラインと電気的に接続されている。
【００１５】
ここで、ブリッジ回路１の相をＵ＋相、ブリッジ回路２の相をＵ−相、ブリッジ回路３の相をＶ＋相、ブリッジ回路４の相をＶ−相、ブリッジ回路５の相をＷ＋相、ブリッジ回路６の相をＷ−相と称す。
【００１６】
各ＳＷ１１〜６１のゲート端子は、本例のインバータ回路を制御する制御部（図示しない）に電気的に接続されており、当該制御部から各ゲート端子に入力されるスイッチング信号で、各ＳＷ１１〜６１はオン及びオフを切り替える。
【００１７】
図２に示すように、本例の電力変換装置１０は、基板１０２と、Ｐ極側の共通電極１０３と、Ｎ極側の共通電極１０４と、中間電極１０５１〜１０５６と、ブリッジ回路素子２０１〜２０６とを備えている。共通電極１０３、１０４及び中間電極１０５１〜１０５６は基板上に設けられ、共通電極１０３、１０４は、電源ライン１０１を介して、バッテリ９００の正極及び負極にそれぞれ接続され、中間電極１０５１〜１０５６はモータ（図示しない）に接続されている。ブリッジ回路素子２０１〜２０６はブリッジ回路１〜６を構成する素子であり、各ブリッジ回路素子２０１〜２０６には、ＳＷ１１〜６１及びＦＷＤ１２〜６２が、それぞれ並べられている。共通電極１０３、１０４は、ブリッジ回路素子２０１〜２０６の配列方向に沿った形状で、それぞれ形成されている。各中間電極１０５１〜１０５６は、一定の間隔をもって基板上に設けられ、それぞれの中間電極１０５１〜１０５６は電気的に導通しない状態で配置されている。共通電極１０３、１０４及び中間電極１０５１〜１０５６は、基板上で並列に配置されている。なお、図２において、ブリッジ回路素子２０５及びブリッジ回路素子２０４の構成は省略されているが、ブリッジ回路素子２０１、２０３及びブリッジ回路素子２０６、２０２と同様に、それぞれ構成されている。
【００１８】
本例の電力変換装置１０では、Ｕ＋相のブリッジ回路素子２０１の隣に、Ｗ−相のブリッジ回路素子２０６が配置し、Ｗ−相のブリッジ回路素子２０６、Ｖ＋のブリッジ回路素子２０３、Ｕ−相のブリッジ回路素子２０２、Ｗ＋相のブリッジ回路素子２０５及びＶ−相のブリッジ回路素子２０４の順に並ぶように、各回路の素子が基板１０２上に設けられている。本例において、ブリッジ回路素子２０１〜２０６は、電気角順であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順ではなく、Ｕ相とＶ相の間に、Ｕ相とＶ相とは異なる相であるＷ相を配置する。また、任意の相の「＋（プラス）」相のブリッジ回路素子２０１、２０３、２０５の隣には、任意の相の「−（マイナス）」相のブリッジ回路素子２０２、２０４、２０６を配置する。
【００１９】
図２及び図３に示すように、共通電極１０３、１０４及び中間電極１０５１〜１０５６は、同一平面上に形成されている。ＳＷ１１、３１、５１の下面電極及びＦＷＤ２２、４２、６２の下面電極はＰ極側の共通電極１０３に接続されている。ＳＷ１１の上面電極は配線１０６により中間電極１０５１に電気的に接続され、同様に、ＦＷＤ６２の上面電極は中間電極１０５２に、ＳＷ３１の上面電極は中間電極１０５３に、ＦＷＤ２２の上面電極は中間電極１０５４に、ＳＷ５１の上面電極は中間電極１０５５に、ＦＷＤ４２の上面電極は中間電極１０５６に、ボンディングワイヤ等の配線１０６を介してそれぞれ電気的に接続されている。
【００２０】
またＦＷＤ１２の下面電極は中間電極１０５１に、ＳＷ６１の下面電極は中間電極１０５２に、ＦＷＤ３２の下面電極は中間電極１０５３に、ＳＷ２１の下面電極は中間電極１０５４に、ＦＷＤ５２の下面電極は中間電極１０５５に、ＳＷ４１の下面電極は中間電極１０５６に、それぞれ接続されている。ＦＷＤ１２、３２、５２及びＳＷ２２、４２、６２の上面電極は、ボンディングワイヤ等の配線１０７により、Ｎ極側の共通電極１０４に電気的に接続されている。すなわち、ブリッジ回路１〜６のＰ極側の端子及びＮ極側の端子が共通電極１０３、１０４により共通化され、各相のＳＷ１１、３１、５１及びＦＷＤ２２、４２、６２はＰ極側の共通電極１０３上に実装され、各相のＦＷＤ１２、３２、５２及びＳＷ２１、４１、６１は、対応する中間電極１０５１〜１０５６上にそれぞれ実装される。
【００２１】
次に、図４〜６を用いて、本例の電力変換装置の回路動作について説明する。図４は各相における電気角に対する相電流の特性を示し、図５は電気角１２０〜１８０度における回路動作を説明するための回路図であり、図６は電気角１８０〜２４０度における回路動作を説明するための回路図であり、図７は電気角２４０〜３００度における回路動作を説明するための回路図である。なお、図５〜７の回路図は、図１の回路図と同様であり、図４の電気角の区間ａにおける電流が図５の矢印に相当し、図４の電気角の区間ｂにおける電流が図６の矢印に相当し、図４の電気角の区間ｃにおける電流が図７の矢印に相当する。
【００２２】
上記のように、本例は３相のインバータ回路であり、図４に示すように、各相に流れる電流の位相は、１２０度ずつ遅れる。電気角１２０〜１８０度の間において、ブリッジ回路１〜６に流れる電流は、図５に示すように、Ｕ＋相のブリッジ回路１においてはＳＷ１１のコレクタ端子及びＦＷＤ１２のアノード端子からＳＷ１１とＦＷＤ１２との接続点に向かって流れ、Ｖ＋相のブリッジ回路３においてはＳＷ３１のコレクタ端子及びＦＷＤ３２のアノード端子からＳＷ３１とＦＷＤ３２との接続点に向かって流れ、図示しないモータを流れる。そして、図示しないモータからの電流が、Ｗ−相のブリッジ回路６において、ＳＷ６１とＦＷＤ６２との接続点からＳＷ６１のエミッタ端子及びＦＷＤ６２のカソード端子に向かって流れる。一方、ブリッジ回路２、４、５には、電流が流れない。
【００２３】
電気角１８０〜２４０度の間において、ブリッジ回路１〜６に流れる電流は、図６に示すように、Ｖ＋相のブリッジ回路３においてはＳＷ３１のコレクタ端子及びＦＷＤ３２のアノード端子からＳＷ３１とＦＷＤ３２との接続点に向かって流れ、図示しないモータを流れる。そして、図示しないモータからの電流が、Ｗ−相のブリッジ回路６において、ＳＷ６１とＦＷＤ６２との接続点からＳＷ６１のエミッタ端子及びＦＷＤ６２のカソード端子に向かって流れ、Ｕ−相のブリッジ回路２において、ＳＷ２１とＦＷＤ２２との接続点からＳＷ２１のエミッタ端子及びＦＷＤ２２のカソード端子に向かって流れる。一方、ブリッジ回路１、４、５には、電流が流れない。
【００２４】
電気角２４０〜３００度の間において、ブリッジ回路１〜６に流れる電流は、図７に示すように、Ｖ＋相のブリッジ回路３においてはＳＷ３１のコレクタ端子及びＦＷＤ３２のアノード端子からＳＷ３１とＦＷＤ３２との接続点に向かって流れ、Ｗ＋相のブリッジ回路５においてはＳＷ５１のコレクタ端子及びＦＷＤ５２のアノード端子からＳＷ５１とＦＷＤ５２との接続点に向かって流れ、図示しないモータを流れる。そして、図示しないモータからの電流が、Ｕ−相のブリッジ回路２において、ＳＷ２１とＦＷＤ２２との接続点からＳＷ２１のエミッタ端子及びＦＷＤ２２のカソード端子に向かって流れる。一方、ブリッジ回路１、４、６には、電流が流れない。
【００２５】
ところで、本例とは異なり、図８に示すような三相インバータ回路における回路動作について説明する。当該三相インバータ回路の各相のブリッジ回路８１１は、スイッチング素子８１と当該スイッチング素子８１と逆方向に並列に接続するダイオードと８２とを有する上アーム８０１と、スイッチング素子８３と当該スイッチング素子８３と逆方向に並列に接続するダイオード８４とを有する下アーム８０２との直列回路により形成される。他の相のブリッジ回路８１２、８１３も、ブリッジ回路８１１と同様な回路構成である。このような回路において、電気角１２０〜１８０度の間に、Ｕ相及びＶ相の電流は、スイッチング素子８１及びダイオード８４に流れ、スイッチング素子８３及びダイオード８２には流れない。またＷ相の電流は、スイッチング素子８３及びダイオード８２に流れ、スイッチング素子８１及びダイオード８４には流れない。すなわち、図８に示すインバータ回路では、任意の電気角において、動作している半導体素子（相電流が流れるスイッチング素子又はダイオード）と、動作していない半導体素子（相電流が流れないスイッチング素子又はダイオード）とが混在して複雑に結線されることで、各ブリッジ回路８１１〜８１３が構成されている。
【００２６】
一方、本例の電力変換装置１０では、図５〜図７に示すように、任意の電気角において、各ブリッジ回路１〜６は、動作しているＳＷ１１〜６１と動作しているＦＷＤ１２〜６２とを直列に接続することにより構成され、また、動作していないＳＷ１１〜６１と動作していないＦＷＤ１２〜６２とを直列に接続することにより構成される。さらに、各ブリッジ回路素子２０１〜２０６は、図２及び図３で表示されるように、動作しているＳＷ１１〜６１と動作しているＦＷＤ１２〜６２同士を結線することで構成され、動作していないＳＷ１１〜６１と動作していないＦＷＤ１２〜６２同士を結線することで構成され、基板上に配置される。これにより、本例は、図８に示す回路素子の構成と比較して、各ブリッジ回路素子２０１〜２０６において、動作している素子と動作していない素子とが混在して結線されないため、ブリッジ回路素子２０１〜２０６の素子を結線する導体を短くすることができる。また、各ブリッジ回路素子２０１〜２０６の端子と電極間とを接続する導体の距離を短くすることができる。
【００２７】
また、本例と異なり、図８に示すインバータ回路では、各相のブリッジ回路８１１〜８１３は、動作していない素子の回路と動作している回路とを含んでいる。そのため、各相のブリッジ回路８１１〜８１３の間を接続する際には、ブリッジ回路８１１〜８１３の間を接続する導体の距離が長くなる。一方、本例の電力変換装置１０では、図２及び図５〜図７に示すように、任意の電気角において、電流が流れているブリッジ回路素子２０１〜２０６同士が並べて基板上に配置され、電流が流れていないブリッジ回路素子２０１〜２０６同士が並べて基板上に配置される。これにより、本例は、動作しているブリッジ回路同士を近づけて結線されるため、接続導体の距離を短くすることができる。
【００２８】
上記のように、本例の電力変換装置は、ＳＷ１１、３１、５１とＦＷＤ１２、３２、５２とを有するブリッジ回路素子２０１、２０３、２０５と、ＳＷ２１、４１、６１とＦＷＤ２２、４２、６２とを有するブリッジ回路素子２０２、２０４、２０６とを備え、ブリッジ回路素子２０１、２０３、２０５とブリッジ回路素子２０２、２０４、２０６とは、基板上で並列に配置されている。これにより、動作していない素子同士、または、動作している素子同士が結線され、それぞれのブリッジ回路素子２０１〜２０６が構成されるため、ブリッジ回路素子２０１〜２０６内での、素子同士を接続する導体距離を短くすることができ、インダクタンスを小さくすることができる。各ブリッジ回路素子２０１〜２０６が並列に配置されるため、ブリッジ回路間を接続するための導体距離を短くすることができ、インダクタンスを小さくすることができる。その結果として、本例は、またＳＷ１１〜６１をオン及びオフ動作する際に生じるサージ電圧を抑制することができる。
【００２９】
また本例は、多相のうち一相に含まれるブリッジ回路素子２０１〜２０６の隣に、当該一相と異なる他相に含まれるブリッジ回路素子２０１〜２０６を配置する。これにより、任意の電気角において、隣合うブリッジ回路素子２０１〜２０６間で、互いの電流が打ち消し合うため、コンデンサ７に流れる電流を小さくすることができ、コンデンサ７における損失を抑制することができる。
【００３０】
また本例は、電気角の順序で配置されたブリッジ回路素子２０１、２０３（または、ブリッジ回路素子２０３、２０５）の間に、これらブリッジ回路素子とは異なる相のブリッジ回路素子２０６（または、ブリッジ回路素子２０２）を配置する。これにより、任意の電気角において、動作する素子を有するブリッジ回路素子２０１〜２０６同士を並列に配置し、動作しない素子を有するブリッジ回路素子２０１〜２０６同士を並列に配置するため、各ブリッジ回路素子２０１〜２０６を近づけて接続することができ、各ブリッジ回路素子２０１〜２０６間を接続する導体の距離を短くすることができる。
【００３１】
また、図５〜７に示すように、動作しているブリッジ回路素子２０１〜２０６において、対向する電流が近づいて流れるため、各相間で互いに電流を打ち消し合うことができ、コンデンサでの損失を抑制することができる。
【００３２】
また本例は、Ｐ極側の共通電極１０３、Ｎ極側の共通電極１０４及び複数の中間電極１０５１〜１０５６を、基板上で並列を配置して、ブリッジ回路素子２０１〜２０６を、これら電極を介して基板上に実装する。これにより、Ｐ極側の共通電極１０３とＮ極側の共通電極１０４を接続する導体の距離を短くすることができる。また、各電極において、各素子との接続点の間の距離を短くすることができる。
【００３３】
なお本例の電力変換装置１０は、三相のインバータ回路構成に限らず、五相などの他相のインバータ回路構成でもよい。
【００３４】
なお本例において、Ｎ極側の共通電極１０４を基板上１０２の端部に配置するが、図９に示すように、共通電極１０４を基板１０２の中央部分に配置し、中間電極１０５１〜１０５６を基板１０２の端部に配置してもよい。これにより、中間電極１０５１〜１０５６が基板１０２の端部に設けられるため、中間電極１０５１〜１０５６と図示しないモータとを接続し易くすることができる。図９は本例の変形例に係る電力変換装置の構造の概略を示す平面図である。
【００３５】
さらに、本例は、図１０に示すように、ＳＷ１１、３１、５１及びＦＷＤ２２、４２、６２の上面電極にＮ極側の共通電極１０４を設けることで、基板１０２の主面方向において、Ｐ極側の共通電極１０３とＮ極側の共通電極１０４とが重なるように配置してもよい。これにより、Ｐ極側の共通電極１０３及びＮ極側の共通電極１０４を基板１０２上の端部に配置することができため、平滑用のコンデンサ７と共通電極１０３、１０４とを接続し易くすることができる。図１０は本例の変形例に係る電力変換装置の構造の概略を示す平面図である。
【００３６】
上記ＳＷ１１、３１、５１が本発明に係る「第１のスイッチング素子」に相当し、ＦＷＤ１２、３２、５２が「第１のダイオード」に、ブリッジ回路素子２０１、２０３、２０５が「第１のブリッジ回路素子」に、ＳＷ２１、４１、６１が本発明に係る「第２のスイッチング素子」に相当し、ＦＷＤ２２、４２、６２が「第２のダイオード」に、ブリッジ回路素子２０２、２０４、２０６が「第２のブリッジ回路素子」に相当する。
【００３７】
《第２実施形態》
図１１は発明の他の実施形態に係る電力変換装置の構造の概略を示す平面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、基板上におけるブリッジ回路素子２０１〜２０６、共通電極１０３、１０４及び中間電極１０５１〜１０５６のレイアウトが異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
【００３８】
本例は、図１１に示すように、基板１０２の外周部分に、周囲を囲う形状に形成された共通電極１０３が設けられ、当該共通電極１０３の外縁より内側にブリッジ回路素子２０１〜２０６が実装されている。また基板１０２の中央部分には、中間電極１０５１〜１０５６が、それぞれ分離して設けられている。基板１０２の一方には、Ｕ＋相のブリッジ回路素子２０１、Ｗ−相のブリッジ回路素子２０６、Ｖ＋相のブリッジ回路素子２０３、Ｕ−相のブリッジ回路素子２０２、Ｗ＋相のブリッジ回路素子２０５及びＶ−相のブリッジ回路素子２０４が、当該順番で一列に配置され、基板１０２の他方には、Ｕ−相のブリッジ回路素子２０２、Ｗ＋相のブリッジ回路素子２０５、Ｖ−相のブリッジ回路素子２０４、Ｕ＋相のブリッジ回路素子２０１、Ｗ−相のブリッジ回路素子２０６及びＶ＋相のブリッジ回路素子２０３が、当該順番で一列に配置されている。基板１０２上の中央部分において、ブリッジ回路素子２０１とブリッジ２０２回路素子は、同相になるように向かい合って配置され、他のブリッジ回路素子２０３〜２０６についても、同様に同相になるように向かい合って配置されている。そして、ブリッジ回路２０１〜２０６の外側の素子であるＳＷ及びＦＷＤの上面電極には、囲繞に形成された共通電極１０４が設けられている。
【００３９】
上記のように、本例において、基板１０２上に一方に設けられるブリッジ回路素子２０１〜２０６の回路素子列及び他方に設けられるブリッジ回路素子２０１〜２０６の回路素子列は、それぞれの回路素子列に含まれるブリッジ回路２０１〜２０６が、同相でそれぞれ向かいように配置されている。これにより、同相の中間電極１０５１〜１０５６を基板１０２上の中央部分に配置することができるため、中間電極１０５１〜１０５６と図示しないモータとを接続し易くすることができる。
【００４０】
なお、本例は、図１２に示すように、図１１の中央電極１０５１と中央電極１０５２とを一体化させ、中央電極１０５３と中央電極１０５４とを一体化させ、中央電極１０５５と中央電極１０５６とを一体化させ、それぞれ同一電極にしてもよい。これにより、中央電極１０５１〜１０５６のコストを抑制することができる。
【００４１】
なお本例において、ブリッジ回路素子２０１〜２０６は１２個に限らず、１３個以上又は１２個未満であってもよい。また図１２の上端に配置されたブリッジ回路素子２０１、２０２の下端に配置されたブリッジ回路２０３、２０４とが連続した回路素子列になるように、基板１０２の上端部と下端部とを連結し、基板１０２を円筒状に形成してもよい。
【００４２】
なお、基板１０２の一方に設けられたブリッジ回路素子２０１〜２０６の列が本発明の「第１のブリッジ回路素子列」に相当し、基板１０２の他方に設けられたブリッジ回路素子２０１〜２０６の列が本発明の「第２のブリッジ回路素子列」に相当する。
【００４３】
なお本例では、各素子をベアチップとして電極に実装した例を示しているが、あらかじめパッケージングされたディスクリート型のパワー半導体素子を用いてもよい。これにより、各素子と電極とを容易に接続することができる。また、ディスクリート型の半導体素子は取り扱い性が良く、量産効果により廉価な製品を作ることができるため、製造コストの低減が図ることができる。上記のディスクリート型パワー半導体素子の内部構造については、平面置きで縦並びにする配置や、横並びにする配置、複数段重ねにする配置等により構成することができ、ディスクリート型パワー半導体素子と各部電極の接続性を考慮することで任意の方向に、電極を引き出すことができる。
【００４４】
《第３実施形態》
図１３は発明の他の実施形態に係る電力変換装置の構造の概略を示す平面図である。本例では上述した第１実施形態に対して、基板上におけるブリッジ回路素子２０１〜２０６、共通電極１０３、１０４及び中間電極１０５１〜１０５６のレイアウトが異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
【００４５】
本例は、図１３に示すように、基板１０２の一方に、Ｖ−相のブリッジ回路素子２０４、Ｗ＋相のブリッジ回路素子２０５及びＵ−相のブリッジ回路素子２０２を一列に配置し、基板１０２の他方に、Ｕ＋相のブリッジ回路素子２０１、Ｗ−相のブリッジ回路素子２０６及びＶ＋相のブリッジ回路素子２０３を一列に配置する。ＳＷ１１、３１、５１及びＦＷＤ２２、４２、６２を基板１０２の中央部に向けて配置し、ＳＷ２１、４１、６１及びＦＷＤ１２、３２、５２を基板１０２の側方に向けて配置する。そして、共通電極１０３、１０４を基板１０２上の中央部分に、各中間電極１０５１〜１０５６を基板１０２上の端部に配置する。すなわち、基板１０２上において、ブリッジ回路素子２０１〜２０６は、Ｕ＋、Ｗ−、Ｖ＋、Ｕ−、Ｗ＋、Ｖ−の順番で環状に配置される。
【００４６】
上記のように本例は、ブリッジ回路素子２０５とブリッジ回路素子２０２、２０４とを交互に列状に配置し、ブリッジ回路素子２０１、２０３とブリッジ回路素子２０６とを交互に列状に配置する。そして、ブリッジ回路素子２０１〜２０６に含まれる素子が、ブリッジ回路素子２０２、２０４、２０５により形成される素子の列とブリッジ回路素子２０１、２０３、２０６により形成される回路列との間の中心点に対して点対称になるよう配置され、ブリッジ回路素子２０２、２０４、２０５により形成される素子の列の各相と、ブリッジ回路素子２０１、２０３、２０６により形成される回路列の各相とが、当該中心点に対して点対称になるように、ブリッジ回路素子２０１〜２０６が基板上に配置される。
【００４７】
これにより、本例は、動作している素子同士と、動作していない素子同士とが集まるように、ブリッジ回路素子２０１〜２０６が基板上に実装されるため、任意の電気角において、各相間で互いに電流を打ち消し合うことができ、コンデンサでの損失を抑制することができる。
【００４８】
なお、本例は、図１３に示すような、三相のインバータ回路素子の構造に限らず、図１４に示すように、五相のインバータ回路素子の構造でもよく、三相、五相以外の他の多相のインバータ回路素子の構造でもよい。
【００４９】
図１４に示すように、五相のインバータ回路素子を有する電力変換装置１０は、基板１０２の一方に、ブリッジ回路素子２０６、２０９、２０４、２０７、２０２の順で一列に配置し、基板１０２の他方に、ブリッジ回路素子２０１、２０８、２０３、２１０、２０５の順で一列に配置する。なお、ブリッジ回路素子２０７、２０８、２０９、２１０は、それぞれＸ＋相、Ｘ−相、Ｙ＋相、Ｙ−相に相当する。これにより、基板１０２上において、ブリッジ回路素子２０１〜２１０は、Ｕ＋、Ｘ−、Ｖ＋、Ｙ−、Ｗ＋、Ｕ−、Ｘ＋、Ｖ−、Ｙ＋、Ｗ−の順番で環状に配置される。
【００５０】
なお、上記において、図１３に示すブリッジ回路素子２０２、２０４、２０５又は図１４に示すブリッジ回路素子２０２、２０４、２０６、２０７、２０９により形成される素子の列が本発明の「第１のブリッジ回路素子列」に相当し、図１３に示すブリッジ回路素子２０１、２０３、２０６又は図１４に示すブリッジ回路素子２０１、２０３、２０５、２０８、２１０により形成される素子の列が本発明の「第２のブリッジ回路素子列」に相当する。
【符号の説明】
【００５１】
１０…電力変換装置
１〜６…ブリッジ回路
７…コンデンサ
１１、２１、３１、４１、５１、６１…スイッチング素子（ＳＷ）
１２、２２、３２、４２、５２、６２…フライホールドダイオード（ＦＷＤ）
１０１…電源ライン
１０２…基板
１０３、１０４…共通電極
１０５１〜１０５６…中間電極
１０６、１０７…配線
８１、８３…スイッチング素子
８２、８４…ダイオード
８０１…上アーム
８０２…下アーム
８１１〜８１３…ブリッジ回路
２０１〜２１０…ブリッジ回路素子
５０１…正極端子
５０２…端子
５０３…負極端子
５１１、５２１…ＩＧＢＴ
５１２、５２２…ダイオード
５１０…上アーム
５２０…下アーム
９００…バッテリ
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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