(57)【要約】【課題】  省スペースでありながら、強度、特に、耐振性が高いインバータ装置を提供する。【解決手段】  本発明によるインバータ装置は、インバータ出力段１４が搭載された絶縁金属基板１３と、絶縁金属基板１３の主面に接合され、且つ、インバータ出力段１４に電気的に接続された導電性のスタッド３１Ｕと、裏面がスタッド３１に接合されることによってスタッド３１に支持され、インバータ出力段１４に接続される回路が主面に形成されたプリント配線基板１５と、前記主面に接合され、且つ、スタッド３１に電気的に接続された導電性のスペーサ３３と、スペーサ３３に接合されたバスバー３４とを備えている。【選択図】  図８
2006238651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ出力段が搭載された絶縁金属基板と、
前記絶縁金属基板の主面に接合され、且つ、前記インバータ出力段に電気的に接続された導電性のスタッドと、
裏面が前記スタッドに接合されることによって前記スタッドに支持され、主面に前記インバータ出力段に接続される回路が形成されたプリント配線基板と、
前記主面に接合され、且つ、前記スタッドに電気的に接続された導電性のスペーサと、
前記スペーサに接合されたバスバー
とを備える
インバータ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置であって、
前記バスバーは、焼きなましされた銅で形成された
インバータ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のインバータ装置であって、
更に、
前記絶縁金属基板が載置されるベースと、
前記ベースに固定される電極端子
とを備え、
前記電極端子は、
前記ベースに固定される絶縁スペーサと、
前記絶縁スペーサに固定されるボルトと、
前記ボルトに挿入される導電性のスペーサと、
前記ボルトに挿入され、ケーブルの端子を前記スペーサとの間に挟み込むためのナット
とを備える
インバータ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のインバータ装置であって、
前記バスバーは、焼きなましされた銅で形成され、且つ、
当該インバータ装置は、更に、前記スペーサが前記ボルトの回りで回転することを阻止する回り止め手段を備える
インバータ装置。
【請求項５】
請求項４に記載のインバータ装置であって、
更に、前記絶縁金属基板と前記プリント配線基板とを覆うカバーを備え、
前記電極端子は、更に、前記ナットと前記スペーサとの間に挿入され、且つ、前記カバーに係合する回り止め具を備えた
インバータ装置。
【請求項６】
請求項１に記載のインバータ装置であって、
前記絶縁金属基板と前記スタッドとは半田付けによって接合され、
前記スタッドの前記絶縁金属基板に接する接合面は円形である
インバータ装置。
【請求項７】
請求項２に記載のインバータ装置であって、
前記スタッドは、外形が円柱状であり、且つ、前記絶縁金属基板に接合される胴部を備え、
前記胴部の直径は、１０ｍｍ以下である
インバータ装置。
【請求項８】
請求項７に記載のインバータ装置であって、
前記胴部の高さは、１２ｍｍ以下である
インバータ装置。
【請求項９】
請求項１に記載のインバータ装置であって、
前記絶縁金属基板と前記スタッドとは半田付けによって接合され、
前記スタッドは、前記スタッドと前記絶縁金属基板との接合面に開口する空洞を有する
インバータ装置。
【請求項１０】
請求項１に記載のインバータ装置であって、
前記スタッドと前記スペーサとは、前記プリント配線基板を挟むように、ねじによって機械的に接続されている
インバータ装置。
【請求項１１】
Ｕ相電圧を出力するＵ相出力段と、
Ｖ相電圧を出力するＶ相出力段と、
Ｗ相電圧を出力するＷ相出力段と、
前記Ｕ相出力段と前記Ｖ相出力段と前記Ｗ相出力段に供給される直流電源電圧を安定化するための平滑コンデンサが搭載されるプリント配線基板と、
前記Ｕ相出力段のパワートランジスタをオンオフするＵ相ドライブ回路と、
前記Ｖ相出力段のパワートランジスタをオンオフするＶ相ドライブ回路と、
前記Ｗ相出力段のパワートランジスタをオンオフするＷ相ドライブ回路
とを備え、
前記Ｕ相ドライブ回路は、前記プリント配線基板の第１辺の近傍に設けられ、
前記Ｖ相ドライブ回路は、前記プリント配線基板の第２辺の近傍に設けられ、
前記Ｗ相ドライブ回路は、前記プリント配線基板の第３辺の近傍に設けられた
インバータ装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載のインバータ装置であって、
前記Ｕ相ドライブ回路と前記Ｕ相出力段とは、第１フラットケーブルによって接続され、
前記Ｖ相ドライブ回路と前記Ｖ相出力段とは、第２フラットケーブルによって接続され、
前記Ｗ相ドライブ回路と前記Ｗ相出力段とは、第３フラットケーブルによって接続された
インバータ装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載のインバータ装置であって、
前記プリント配線基板は、電源パターン及び接地パターンを備え、
前記平滑コンデンサは、前記電源パターン及び前記接地パターンの間に電気的に接続され、
前記直流電源電圧は、前記電源パターン及び接地パターンの間に保持される
インバータ装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載のインバータ装置であって、
前記Ｕ相出力段は、第１ＩＭＳボードに搭載され、
前記Ｖ相出力段は、第２ＩＭＳボードに搭載され、
前記Ｗ相出力段は、第３ＩＭＳボードに搭載され、
前記第１ＩＭＳボードと前記第２ＩＭＳボードと前記第３ＩＭＳボードとは、ある中心点を取り囲むように配置された
インバータ装置。
【請求項１５】
Ｕ相に対応する、少なくとも一のＵ相ＩＭＳボードと、
Ｖ相に対応する、少なくとも一のＶ相ＩＭＳボードと、
Ｗ相に対応する、少なくとも一のＷ相ＩＭＳボード
とを備え、
前記Ｕ相ＩＭＳボードのそれぞれには、Ｕ相電圧を出力するＵ相出力段が搭載され、
前記Ｖ相ＩＭＳボードのそれぞれには、Ｖ相電圧を出力するＶ相出力段が搭載され、
前記Ｗ相ＩＭＳボードのそれぞれには、Ｗ相電圧を出力するＶ相出力段が搭載され、
前記Ｕ相ＩＭＳボードと、前記Ｖ相ＩＭＳボードと、前記Ｗ相ＩＭＳボードとは、ある中心点を取り囲むように配置された
インバータ装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載のインバータ装置であって、
前記Ｕ相ＩＭＳボード、前記Ｖ相ＩＭＳボード、前記Ｗ相ＩＭＳボードのうち、任意の一相に対応するＩＭＳボードが配置される領域は、他の２相に対応するＩＭＳボードが配置される２つの領域のいずれにも隣接している
インバータ装置。
【請求項１７】
電源電位と接地電位の供給を受け、前記電源電位と前記接地電位から３相交流電圧のうちの１相の出力電圧を出力するように構成されたＩＭＳボードであって、
絶縁金属基板と、
前記電源電位と前記接地電位との一方の電位が供給され、前記絶縁金属基板に接合される第１スタッドと、
前記絶縁金属基板に接合され、前記１相の出力電圧を出力するための第２スタッドと、
前記電源電位と前記接地電位との他方の電位が供給され、前記絶縁金属基板に接合される第３スタッドと、
前記第１スタッドと前記第２スタッドとの間に並列に接続される複数の第１パワートランジスタと、
前記第２スタッドと前記第３スタッドとの間に並列に接続される複数の第２パワートランジスタ
とを備え、
前記第１パワートランジスタと前記第２パワートランジスタとは、いずれも、第１方向に並んで配置され、
前記第１スタッドは、前記第１パワートランジスタの列から前記第１方向の方向にずれて位置しており、
前記第２スタッドは、前記第２パワートランジスタの列から前記第１方向と反対の第２方向にずれて位置しており、
前記第３スタッドは、前記第１パワートランジスタの列及び前記第２パワートランジスタの列から、前記第１方向に垂直な第３方向に位置している
ＩＭＳボード。
【請求項１８】
請求項１７に記載のＩＭＳボードであって、
前記一方の電位が供給され、且つ、前記絶縁金属基板に接合される第４スタッドと、
前記絶縁金属基板に接合され、前記１相の出力電圧を出力するための第５スタッドと、
前記第４スタッドと前記第５スタッドとの間に並列に接続される、前記複数の第１パワートランジスタと同一の導電性を有する複数の第３パワートランジスタと、
前記第５スタッドと前記第３スタッドとの間に並列に接続される、前記複数の第２パワートランジスタと同一の導電性を有する複数の第４パワートランジスタ
とを更に備え、
前記第１スタッドと前記第４スタッドとは、ある対称面に対して鏡面対称に配置されており、
前記第２スタッドと前記第５スタッドとは、前記対称面に対して鏡面対称に配置されており、
前記複数の第１パワートランジスタと前記複数の第３パワートランジスタとは、前記対称面に対して鏡面対称に配置されており、
前記複数の第２パワートランジスタと前記複数の第４パワートランジスタとは、前記対称面に対して鏡面対称に配置されており、
前記第３スタッドは、前記対称面に対して鏡面対称に配置されている
ＩＭＳボード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電圧から３相交流電圧を生成するために使用されるインバータ装置に関しており、特に、バッテリフォークリフトその他の、バッテリーを電源として使用する輸送機器に適したインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置に求められる要求の一つは、ユーザから求められる様々な仕様に、容易に対応し得ることである。このような要求を満足させるための一つの手段は、インバータ装置を、分割されたモジュールによって構成することである。特許文献１は、モジュール構成されたインバータ装置、より具体的には、インバータ装置を構成する部品が絶縁金属基板とプリント配線基板とに最適に割り当てられているインバータ装置を開示している。特許文献１に開示されているインバータ装置では、パワートランジスタが絶縁金属基板に搭載され、制御部品及び駆動部品がプリント配線基板に搭載されている。
【０００３】
しかしながら、部品が絶縁金属基板とプリント配線基板とに分割して搭載されているインバータ装置に対しては、上記の要求以外にも様々な要求が存在する。このようなインバータ装置に対する要求を列挙すれば、例えば、下記のとおりである。
【０００４】
（１）強度、特に、耐振性の向上
強度、特に、耐振性の向上は、輸送機器に搭載されるインバータ装置において特に重要な要求である。輸送機器に搭載されるインバータ装置を構成する部材（例えば、ケーブル、配線、ボード、電子部品、構造部材）には、強い振動が加えられる。特に、大電流が流される配線、例えば、バスバーに加えられる振動に対する対策は重要である。
【０００５】
（２）絶縁金属基板とプリント配線基板との間の電気的接続の最適化
絶縁金属基板とプリント配線基板との間の電気的接続は、耐ノイズ性に影響を及ぼす。加えて、プリント配線基板に、直流電源電圧を保持する電源パターン及び接地パターンと、それらの間に接続される電解コンデンサが搭載される場合には、絶縁金属基板とプリント配線基板との間の電気的接続の最適化は、電源パターン及び接地パターンが、プリント配線基板に占める割合に影響する；広い電源パターン及び接地パターンをプリント配線基板に形成することは、耐ノイズ性の向上、及び、直流電源電圧の安定化に有効である。
【０００６】
（３）回路レイアウトの３相対称性
インバータ装置の内部回路の配置がＵ相、Ｖ相、Ｗ相について対称的であることは、Ｕ相電流、Ｖ相電流、Ｗ相電流をより均一化するために好ましい。
【０００７】
（４）一部のパワートランジスタへの電流集中の防止
出力電流が大きい場合には、インバータ出力段では、パワートランジスタが並列に接続される。この場合、並列に接続されたパワートランジスタには均一に電流が流れることが好ましい。一部のパワートランジスタに電流が集中することは、当該パワートランジスタの損傷を招き得るため好ましくない。
【０００８】
これらの要求は、全て、インバータ装置の体積の制約の下に満足されることが必要である。例えば、パワートランジスタに流れる電流の均一化を達成させるために、インバータ出力段が占める面積の増大を伴うことは好ましくない。そして、発明者が知る限りにおいては、これらの要求を実用的に満足させるようなインバータ装置のアーキテクチャは、未だに提案されていない。
【特許文献１】特開平１０−９３２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、概略的には、上記に列挙された要求の少なくとも一つを満足させるようなインバータ装置のアーキテクチャを提供することにある。
具体的には、本発明の一の目的は、強度、特に、耐振性が高いインバータ装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、絶縁金属基板とプリント配線基板との間の電気的接続を最適化することにある。
本発明の更に他の目的は、インバータ装置の内部回路の配置をＵ相、Ｖ相、Ｗ相について対称的にすることにある。
本発明に更に他の目的は、パワートランジスタに、より均一に電流が流れるようなインバータ装置のアーキテクチャを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【００１１】
一の観点において、本発明によるインバータ装置は、インバータ出力段（１４）が搭載された絶縁金属基板（１３）と、絶縁金属基板（１３）の主面に接合され、且つ、インバータ出力段（１４）に電気的に接続された導電性のスタッド（３１）と、裏面がスタッド（３１）に接合されることによってスタッド（３１）に支持され、主面にインバータ出力段（１４）に接続される回路（１６、１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗ、２１、２２）が形成されたプリント配線基板（１５）と、前記主面に接合され、且つ、スタッド（３１）に電気的に接続された導電性のスペーサ（３３）と、スペーサ（３３）に接合されたバスバー（３４）とを備えている。
【００１２】
このようなインバータ装置では、プリント配線基板（１５）を機械的に支持する機能と、絶縁金属基板（１３）とプリント配線基板（１５）との間の電気的接続を提供する機能とが、同一の部材、即ち、スタッド（３１）によって達成される。これは、インバータ装置の省スペース性の向上に寄与する。その一方で、振動によってバスバー（３４）に加えられる荷重は、スタッド（３１）に直接には作用せずにプリント配線基板（１５）によって一旦受け取られる。これは、プリント配線基板（１５）を支持する他の構造部材に荷重を分散させ、当該スタッド（３１）に過大な荷重が選択的に加えられることを防止する。これは、耐振性を有効に向上させる。
【００１３】
耐振性を更に向上させるためには、バスバー（３４）は、焼きなましされた銅で形成されることが好ましい。
【００１４】
一の実施形態では、当該インバータ装置は、更に、絶縁金属基板（１３）が載置されるベース（１）と、前記ベース（１）に固定される電極端子（５）とを備えている。電極端子（５）は、ベース（５）に固定される絶縁スペーサ（５ｅ）と、絶縁スペーサ（５ｅ）に固定されるボルト（５ｄ）と、ボルト（５ｄ）に挿入される導電性のスペーサ（５ｃ）と、ボルト（５ｄ）に挿入され、ケーブル（３６）の端子（３６）をスペーサ（５ｃ）との間に挟み込むためのナット（５ｂ）とを備えている。このような構造は、ケーブル（３６）を支持する強度の向上に適している。
【００１５】
このような構造が採用され、且つ、バスバー（３４）が焼きなましされた銅で形成されている場合には、当該インバータ装置（１０）は、更に、スペーサ（５ｃ）がボルト（５ｄ）の回りで回転することを阻止する回り止め手段（３７）を備えることが好ましい。より具体的には、前記電極端子（５）が、更に、ナット（５ｂ）とスペーサ（５ｃ）との間に挿入され、且つ、絶縁金属基板（１３）とプリント配線基板（１５）とを覆うカバー（２）に係合する回り止め具（３７）を備えることが好ましい。
【００１６】
絶縁金属基板（１３）とスタッド（３１）とが半田付けによって接合される場合、スタッド（３１）の絶縁金属基板（１３）に接する接合面は円形であることが好ましい。この場合、スタッド（３１）は、外形が円柱状であり、且つ、絶縁金属基板（１３）に接合される胴部（３１ａ）を備えて構成され得る。この場合、胴部（３１ａ）の直径は、１０ｍｍ以下であることが好ましい。胴部（３１ａ）の高さは、１２ｍｍ以下であることが一層に好ましい。
【００１７】
絶縁金属基板（１３）とスタッド（３１）とが半田付けによって接合される場合、スタッド（３１）は、スタッド（３１）と絶縁金属基板（１３）との接合面に開口する空洞（３１ｃ）を有することが好ましい。
【００１８】
他の観点において、本発明によるインバータ装置（１０）は、Ｕ相電圧を出力するＵ相出力段（１４Ｕ）と、Ｖ相電圧を出力するＶ相出力段（１４Ｖ）と、Ｗ相電圧を出力するＷ相出力段（１４Ｗ）と、Ｕ相出力段（１４Ｕ）とＶ相出力段（１４Ｖ）とＷ相出力段（１４Ｗ）に供給される直流電源電圧を安定化するための平滑コンデンサ（１６）が搭載されるプリント配線基板（１５）と、Ｕ相出力段（１４Ｕ）のパワートランジスタをオンオフするＵ相ドライブ回路（１７Ｕ）と、Ｖ相出力段（１４Ｖ）のパワートランジスタをオンオフするＶ相ドライブ回路（１７Ｖ）と、Ｗ相出力段（１４Ｗ）のパワートランジスタをオンオフするＷ相ドライブ回路（１７Ｗ）とを備えている。Ｕ相ドライブ回路（１７Ｕ）は、プリント配線基板（１５）の第１辺（１５ｃ）の近傍に設けられ、Ｖ相ドライブ回路（１７Ｖ）は、プリント配線基板（１５）の第２辺（１５ｄ）の近傍に設けられ、Ｗ相ドライブ回路（１７Ｗ）は、プリント配線基板（１５）の第３辺（１５ｅ）の近傍に設けられている。
【００１９】
このようなインバータ装置（１０）の構成は、Ｕ相ドライブ回路（１７Ｕ）とＵ相出力段（１４Ｕ）とが第１フラットケーブル（１８Ｕ）によって接続され、Ｖ相ドライブ回路（１７Ｖ）とＶ相出力段（１４Ｖ）とが第２フラットケーブル（１８Ｖ）によって接続され、Ｗ相ドライブ回路（１７Ｗ）とＷ相出力段（１４Ｗ）とが第３フラットケーブル（１８Ｗ）によって接続されている場合に特に有用である。
【００２０】
また、上記のようなインバータ装置（１０）の構成は、プリント配線基板（１５）が電源パターン（２１）及び接地パターン（２２）を備え、平滑コンデンサ（１６）が電源パターン（２１）及び接地パターン（２２）の間に電気的に接続され、直流電源電圧が電源パターン（２１）及び接地パターン（２２）の間に保持される場合に特に有用である。
【００２１】
Ｕ相出力段（１４Ｕ）が第１ＩＭＳボード（１１Ｕ）に搭載され、Ｖ相出力段（１４Ｖ）が第２ＩＭＳボード（１１Ｖ）に搭載され、Ｗ相出力段（１４Ｗ）が第３ＩＭＳボード（１１Ｗ）に搭載される場合には、第１ＩＭＳボード（１１Ｕ）と第２ＩＭＳボード（１１Ｖ）と第３ＩＭＳボード（１１Ｗ）とは、ある中心点（Ａ）を取り囲むように配置されることが好ましい。
【００２２】
更に他の観点において、本発明のＩＭＳボードは、電源電位と接地電位の供給を受け、前記電源電位と前記接地電位から３相交流電圧のうちの１相の出力電圧を出力するように構成されたＩＭＳボードである。当該ＩＭＳボード（１１）は、絶縁金属基板（１３）と、電源電位と接地電位との一方の電位が供給され、絶縁金属基板（１３）に接合される第１スタッド（３１Ｐ）と、絶縁金属基板（１３）に接合され、前記１相の出力電圧を出力するための第２スタッド（３１Ｕ）と、電源電位と接地電位との他方の電位が供給され、絶縁金属基板（１３）に接合される第３スタッド（３１Ｎ）と、第１スタッド（３１Ｐ）と第２スタッド（３１Ｕ）との間に並列に接続される複数の第１パワートランジスタ（５１）と、第２スタッド（３１Ｕ）と第３スタッド（３１Ｎ）との間に並列に接続される複数の第２パワートランジスタ（５１）とを備えている。第１パワートランジスタ（５１）と第２パワートランジスタ（５２）とは、いずれも、第１方向に並んで配置される。第１スタッド（３１Ｐ）は、第１パワートランジスタ（５１）の列から第１方向にずれて位置しており、第２スタッド（３１Ｕ）は、第２パワートランジスタ（５２）の列から第１方向と反対の第２方向にずれて位置している。第３スタッド（３１Ｎ）は、第１パワートランジスタ（５１）の列及び第２パワートランジスタ（５２）の列から、前記第１方向に垂直な第３方向に位置している。
【００２３】
当該ＩＭＳボードが、前記一方の電位が供給され、且つ、前記ＩＭＳボードに接合される第４スタッド（３１Ｐ）と、絶縁金属基板（１３）に接合され、前記１相の出力電圧を出力するための第５スタッド（３１Ｕ）と、第４スタッド（３１Ｐ）と第５スタッド（３１Ｕ）との間に並列に接続される、前記複数の第１パワートランジスタ（５１）と同一の導電性を有する複数の第３パワートランジスタ（５３）と、第５スタッド（３１Ｕ）と第３スタッド（３１Ｎ）との間に並列に接続される、複数の第２パワートランジスタ（５２）と同一の導電性を有する複数の第４パワートランジスタ（５４）とを更に備える場合には、当該ＩＭＳボードのレイアウトは、ある対称面（Ｓ）について鏡面対称であることが好ましい。具体的には、第１スタッド（３１Ｐ）と第４スタッド（３１Ｐ）とは、対称面（Ｓ）に対して鏡面対称に配置され、第２スタッド（３１Ｕ）と第５スタッド（３１Ｕ）とは、前記対称面に対して鏡面対称に配置される。加えて、第１パワートランジスタ（５１）と第３パワートランジスタ（５３）とは、対称面（Ｓ）に対して鏡面対称に配置され、第２パワートランジスタ（５２）と第４パワートランジスタ（５４）とは、対称面（Ｓ）に対して鏡面対称に配置される。更に、第３スタッド（３１Ｎ）は、対称面（Ｓ）に対して鏡面対称に配置される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明により、強度、特に、耐振性が高いインバータ装置が提供される。
また、本発明により、絶縁金属基板とプリント配線基板との間の電気的接続が最適化されたインバータ装置が提供される。
また、本発明によれば、内部回路の配置がＵ相、Ｖ相、Ｗ相について対称的であるインバータ装置が提供される。
また、本発明によれば、パワートランジスタに、より均一に電流が流れるようなインバータ装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
第１  全体構造
図１Ａは、本発明の実施の一形態に係るインバータ装置１０の正面図であり、図１Ｂは、上面図である。以下に詳細に述べられるように、本実施の形態のインバータ装置１０は、外部直流電源（例えば、バッテリー）から直流電源電圧を受け取り、その直流電源電圧から３相交流電圧を生成するように構成されている。
【００２６】
図１Ａを参照して、インバータ装置１０は、金属製のベース１と、樹脂製のカバー２とを備えている。カバー２は、ねじによってベース１に固定される。図１Ｂに示されているように、カバー２には開口が設けられ、その開口には５つの端子：正極端子３、負極端子４、Ｕ相端子５、Ｖ相端子６、Ｗ相端子７が通されている。正極端子３及び負極端子４は、外部直流電源（例えば、バッテリー）から直流電源電圧を受け取るために使用され、Ｕ相端子５、Ｖ相端子６、及びＷ相端子７は、３相交流電圧を出力するために使用される。
【００２７】
図２に示されているように、カバー２の内部には、２種類のボード：ＩＭＳボード１１と、ドライブボード１２とが収容されている。ＩＭＳボード１１は絶縁金属基板１３を備えており、その絶縁金属基板１３には、３相交流電圧を出力するパワーＦＥＴ（Field Effect Transistor）で構成されたインバータ出力段１４が搭載されている。ＩＭＳボード１１は、金属ベース１の上面に、ねじによって固定される。発熱が大きいパワーＦＥＴをＩＭＳボード１１に搭載し、且つ、そのＩＭＳボード１１を金属製のベース１の上に搭載する構造は、放熱効率の向上のために有用である。
【００２８】
図３に示されているように、ＩＭＳボード１１は、３相交流電圧の各相毎に２枚ずつ用意されている。図３、及び以下の記載において、対応する相を区別するために、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するＩＭＳボード１１は、それぞれ、ＩＭＳボード１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗと記載されていることに留意されたい。同様に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するインバータ出力段１４は、それぞれ、Ｕ相出力段１４Ｕ、Ｖ相出力段１４Ｖ、Ｗ相出力段１４Ｗと記載されることがある。インバータ出力段１４の出力端子は、相ごとに共通に接続されている。具体的には、図６に示されているように、２枚のＩＭＳボード１１Ｕに搭載されたＵ相出力段１４Ｕの出力は、共通に接続されている。Ｖ相出力段１４Ｖ、Ｗ相出力段１４Ｗについても同様である。加えて、図３に示されているように、ＩＭＳボード１１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれの相に対応するかに無関係に、同一の構造を有している。このような構造は、様々な電流容量のインバータ装置を生産するために好適である。本実施の形態では、ＩＭＳボード１１が３相交流電圧の各相毎に２枚ずつ用意されているが、例えば、ＩＭＳボード１１を３相交流電圧の各相毎に３枚ずつに増やすことにより、大きな電流容量のインバータ装置を提供することが可能である。また、ＩＭＳボード１１を各相に１枚ずつにすることにより、小さな電流容量のインバータ装置を提供することが可能である。
【００２９】
図４に示されているように、ドライブボード１２は、４層の配線層を有する多層プリント配線基板１５を備えている；但し、配線層は図４には図示されていない。
【００３０】
多層プリント配線基板１５は、図５に示されているように、コンデンサ領域１５ａと、ドライブ回路領域１５ｂとに区分されている。コンデンサ領域１５ａは、平滑コンデンサ１６が搭載される領域である；図４では、平滑コンデンサ１６は、その一部しか記載されていないことに留意されたい。本実施の形態では、平滑コンデンサ１６として電解コンデンサが使用される。コンデンサ領域１５ａでは、多層プリント配線基板１５の４層の配線層の上方の２層が接地パターンとして使用され、下方の２層が電源パターンとして使用される。後述されるように、該電源パターンは正極端子３に電気的に接続され、該接地パターンは負極端子４に接続される。平滑コンデンサ１６のそれぞれは、一方の端子が接地パターンに、他方の端子が電源パターンに接続され、平滑コンデンサ１６は、正極端子３と負極端子４に供給される直流電圧の安定化のために使用される。電源パターン及び接地パターンは、その間に静電容量を有しており、それら自体がコンデンサとしても機能する。
【００３１】
一方、ドライブ回路領域１５ｂには、Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕと、Ｖ相ゲートドライブ回路１７Ｖと、Ｗ相ゲートドライブ回路１７Ｗとが搭載される。Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕと、Ｖ相ゲートドライブ回路１７Ｖと、Ｗ相ゲートドライブ回路１７Ｗとは、それぞれ、Ｕ相出力段１４Ｕ、Ｖ相出力段１４Ｖ、Ｗ相出力段１４ＷのパワーＦＥＴのゲートを駆動するために使用される。Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕと、Ｖ相ゲートドライブ回路１７Ｖと、Ｗ相ゲートドライブ回路１７Ｗは、それぞれフラットケーブル１８Ｕ、１８Ｖ、１８Ｗを介してＵ相出力段１４Ｕ、Ｖ相出力段１４Ｖ、Ｗ相出力段１４Ｗに接続されている。
【００３２】
図１Ａに戻り、カバー２の内部には、更にＤＳＰカード１９が収容されている。ＤＳＰカード１９には、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御回路２０が搭載されている。ＰＷＭ制御回路２０は、各インバータ出力段１４のパワーＦＥＴのオンオフを制御するために使用される。
【００３３】
図６は、インバータ装置１０の回路図である；図６の回路図は、インバータ装置１０に含まれている各素子の空間的な配置を必ずしも反映していないことに留意されたい。多層プリント配線基板１５の電源パターン（図６では、符号２１によって参照されている）には、正極端子３を介して電源電位が供給され、接地パターン（図６では、符号２２によって参照されている）には、負極端子４を介して接地電位が供給され、これにより、電源パターン２１、接地パターン２２の間に直流電源電圧が供給される。電源パターン２１、接地パターン２２の間の直流電源電圧は、それらの間の静電容量Ｃ、及び平滑コンデンサ１６によって維持される。この直流電源電圧は、Ｕ相出力段１４Ｕ、Ｖ相出力段１４Ｖ、Ｗ相出力段１４Ｗにそれぞれに供給される。Ｕ相出力段１４Ｕ、Ｖ相出力段１４Ｖ、及びＷ相出力段１４Ｗは、それぞれに内蔵されているパワーＦＥＴを用いて、それぞれ、Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、及びＷ相電圧を生成する。生成されたＵ相電圧、Ｖ相電圧、及びＷ相電圧は、それぞれ、Ｕ相端子５、Ｖ相端子６、及びＷ相端子７を介して、インバータ装置１０の外部に出力される。パワーＦＥＴのオンオフ制御は、ＰＷＭ制御回路２０と、Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕと、Ｖ相ゲートドライブ回路１７Ｖと、Ｗ相ゲートドライブ回路１７Ｗとによって行われる。ＰＷＭ制御回路２０は、Ｕ相出力段１４Ｕ、Ｖ相出力段１４Ｖ、及びＷ相出力段１４Ｗに内蔵されているパワーＦＥＴのオンオフを制御するゲート制御信号を、それぞれ、Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕ、Ｖ相ゲートドライブ回路１７Ｖ、Ｗ相ゲートドライブ回路１７Ｗに供給する。Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕ、Ｖ相ゲートドライブ回路１７Ｖ、Ｗ相ゲートドライブ回路１７Ｗは、そのゲート制御信号に応答して、対応するインバータ出力段１４のパワーＦＥＴをオンオフする。
【００３４】
図７は、正極端子３及び負極端子４の構造、並びに、これらと多層プリント配線基板１５との接続部の構造を示す断面図である。多層プリント配線基板１５の下面には、電源パターン２１に電気的に接続された銅プレート２３がねじ（図示されていない）によって接合されており、正極端子３は、その銅プレート２３に接合されている。詳細には、正極端子３は、導電性を有するボルト３ａと、ナット３ｂと、中空の円筒状のスペーサ３ｃとを備えている。正極端子３は、ボルト３ａが銅プレート２３に接合されることによって銅プレート２３に固定されている。最も簡便には、ボルト３ａは、そのボルト頭が銅プレート２３にろう付けされることによって銅プレート２３に接合され得る。ボルト頭をろう付けすることは、正極端子３の組み立てを容易にする点で好適である。ボルト３ａはスペーサ３ｃに挿入されており、その上端にはナット３ｂが螺合されている。ナット３ｂは、外部直流電源の正極に接続された電源ケーブル２４を正極端子３に固定するために使用される。上側ナット３ｂとスペーサ３ｃの間に電源ケーブル２４の先端に設けられた圧着端子２４ａが挟み込まれ、この状態で上側ナット３ｂがボルト３ａに締め付けられる。これにより、電源ケーブル２４が正極端子３に固定される。
【００３５】
負極端子４についても同様である。多層プリント配線基板１５の上面には、接地パターン２２に電気的に接続された銅プレート２５がねじによって接合されており、負極端子４は、その銅プレート２５に接合されている。正極端子３と同様に、負極端子４は、導電性を有するボルト４ａと、ナット４ｂと、ボルト４ａが通される中空のスペーサ４ｃとを備えている。負極端子４は、ボルト４ａが例えばろう付けによって銅プレート２３に接合されることによって銅プレート２５に固定される。外部直流電源の負極に接続された電源ケーブル２６にはその先端に圧着端子２６ａが接合され、電源ケーブル２６は、圧着端子２６ａとナット４ｂによって負極端子４に固定されている。
【００３６】
第２  ドライブボードの支持構造
本実施の形態のインバータ装置１０の第１の特徴は、ドライブボードの支持構造にある。図８に示されているように、ドライブボード１２は、ＩＭＳボード１１の絶縁金属基板１３の上面に接合されたスタッド３１によって支持されている。スタッド３１は、導電性であり、クリーム半田を用いた半田付けによって絶縁金属基板１３の上面に接合されている。スタッド３１は、円筒状の胴部３１ａと、胴部３１ａの上端に設けられたねじ部３１ｂとから構成されている。ねじ部３１ｂには、雄ねじが形成されている。ねじ部３１ｂは、多層プリント配線基板１５に設けられた開口に挿入される。
【００３７】
スタッド３１は、ドライブボード１２を機械的に支持するのみならず、ドライブボード１２とＩＭＳボード１１との間の電気的接続を確保するためにも使用される。より具体的には、スタッド３１は、電源電位及び接地電位を、多層プリント配線基板１５の電源パターン２１及び接地パターン２２からＩＭＳボード１１に搭載されたインバータ出力段１４（図８には図示されない）に供給するために使用される。以下の記載において必要がある場合、スタッド３１は、その役割に応じて添字によって区別される。電源電位をインバータ出力段１４に供給するスタッド３１は、正極スタッド３１Ｐと記載され、接地電位をインバータ出力段１４に供給するスタッド３１は、負極スタッド３１Ｎと記載されることがある。
【００３８】
正極スタッド３１Ｐ及び負極スタッド３１Ｎは、ナット３２が多層プリント配線基板１５の上方から螺合されることによって多層プリント配線基板１５に接合される。正極スタッド３１Ｐは、多層プリント配線基板１５の下面に形成された電源パターン２１に電気的に接続される。同様に、負極スタッド３１Ｎは、ナット３２を介して多層プリント配線基板１５の上面に形成された接地パターン２２に接続される。
【００３９】
スタッド３１は、更に、ＩＭＳボード１１に搭載されたインバータ出力段１４の出力端子をドライブボード１２を介してＵ相端子５、Ｖ相端子６、及びＷ相端子７に電気的に接続する経路としても使用される。以下において必要がある場合、Ｕ相出力段１４Ｕの出力端子をＵ相端子５に電気的に接続する経路として使用されるスタッド３１は、Ｕ相スタッド３１Ｕと記載されることがある。同様に、Ｖ相、Ｗ相に対応するスタッド３１は、Ｖ相スタッド３１Ｖ、Ｗ相スタッド３１Ｗと記載されることがある。
【００４０】
インバータ出力段１４の出力端子をＵ相端子５、Ｖ相端子６、及びＷ相端子７に電気的に接続するための構造は、本実施の形態のインバータ装置の重要な特徴の一つである。以下では、Ｕ相出力段１４Ｕの出力端子をＵ相端子５に電気的に接続するための構造が詳細に説明される。
【００４１】
Ｕ相出力段１４Ｕの出力端子のＵ相端子５への電気的接続は、Ｕ相スタッド３１Ｕ、導電性のスペーサ３３、及びバスバー３４を介して行われる。スペーサ３３の底部には雌ねじが形成されており、Ｕ相スタッド３１Ｕは、スペーサ３３が多層プリント配線基板１５の上方から螺合されることによって多層プリント配線基板１５に接合される。スペーサ３３は、上記の雌ねじが形成されている胴部３３ａと、雄ねじが形成されたねじ部３３ｂとから構成されている。ねじ部３３ｂは、バスバー３４に設けられた開口に挿入されており、ナット３５がバスバー３４の上方から螺合されることにより、バスバー３４がスペーサ３３に電気的に、且つ、機械的に接続される。バスバー３４は、銅で形成されている。
【００４２】
バスバー３４は、Ｕ相端子５に電気的に、且つ機械的に接続されている。Ｕ相端子５は、絶縁ターミナル５ａと、ナット５ｂと、円筒形、且つ中空のスペーサ５ｃとで構成されている。絶縁ターミナル５ａは、導電性を有するボルト５ｄ、５ｆと、絶縁スペーサ５ｅとで構成されている。ボルト５ｄ、５ｆのボルト頭は、それらが互いに離間されるように絶縁スペーサ５ｅに埋め込まれている。ボルト５ｆは、ベース１に形成された雌ねじにねじ込まれ、これにより、絶縁ターミナル５ａ（即ち、Ｕ相端子５）がベース１に固定されている。一方、ボルト５ｄは、Ｕ相電圧をインバータ装置１０の外部に出力するためのＵ相ケーブル３６をＵ相端子５に固定するために使用される。ボルト５ｄは、スペーサ５ｃに挿入されており、その上端には、ナット５ｂが螺合されている。ナット５ｂとスペーサ３ｃの間にＵ相ケーブル３６の先端に設けられた圧着端子３６ａが挟み込まれ、この状態でナット５ｂがボルト５ｄに締め付けられる。これにより、Ｕ相ケーブル３６が正極端子３に固定される。
【００４３】
図８に示されている構造の利点は、省スペースでありながら、耐振性が高いことである。図８に示されている構造では、ドライブボード１２を機械的に支持する機能と、ＩＭＳボード１１とドライブボード１２との間の電気的接続を提供する機能とが、同一の部材（即ち、スタッド３１）によって達成される。これは、インバータ装置１０の省スペース性の向上に寄与する。その一方で、振動によってバスバー３４に加えられる荷重は、Ｕ相スタッド３１Ｕに直接には作用せずにドライブボード１２の多層プリント配線基板１５によって一旦受け取られ、他のスタッド３１にも分散される。これは、一部のスタッド３１に過大な荷重が選択的に加えられることを防止し、耐振性を有効に向上させる。
【００４４】
図８に示されている構造では、バスバー３４がドライブボード１２に直接に接続されていないことに留意されたい。一般には、バスバーのプリント配線基板への接続は、バスバーをプリント配線基板に半田付けすることによって行われることが多い。しかし、このような構造では、バスバーに振動が加えられた場合に、バスバーがプリント配線基板から剥がれ易い。一方、図８に示されている構造では、バスバー３４がドライブボード１２に直接には接続されていない；バスバー３４は、ナット３５により、多層プリント配線基板１５に接合されたスペーサ３３に接合されている。このような構造は、バスバー３４を確実に固定するために有効である。
【００４５】
耐振性を一層に向上させるためには、バスバー３４は、焼きなましが行われた銅で形成されていることが好ましい。焼きなましが行われた銅は柔らかいので、焼きなましが行われた銅でバスバー３４を形成することにより、バスバー３４に加えられた振動がドライブボード１２（及び、スタッド３１）に伝わることを防ぐことができる。これは、耐振性を一層に向上させるために有効である。
【００４６】
焼きなましが行われた銅でバスバー３４を形成することは、耐振性の向上には有用であるが、バスバー３４が塑性変形しやすくなるという副作用もある。バスバー３４が塑性変形しやすいことは、圧着端子３６ａをナット５ｂによってスペーサ５ｃに締め付けたときに問題を生じさせ得る。圧着端子３６ａがナット５ｂによってスペーサ５ｃに締め付けられると、ナット５ｂと圧着端子３６ａとの間に作用する摩擦力により、圧着端子３６ａがボルト５ｄの回りに回転し得る。圧着端子３６ａの回転は、スペーサ５ｃをボルト５ｄの回りで回転させ得る。スペーサ５ｃとバスバー３４との間にも摩擦力が作用するため、圧着端子３６ａの回転に伴うスペーサ５ｃの回転は、バスバー３４を変形させる原因になり得る。
【００４７】
圧着端子３６ａがナット５ｂによってスペーサ５ｃに締め付けられたときにバスバー３４が変形することを防止するためには、圧着端子３６ａの回転が防止されることが好ましい。圧着端子３６ａの回転を防止するためには、図９に示されているように、圧着端子３６ａとスペーサ５ｃの間に、回り止め金具３７が挿入されることが好ましい。回り止め金具３７は、折り曲げられた金属板で形成されており、圧着端子３６ａとスペーサ５ｃの間に挟まれる部分にはボルト５ｄを通すための開口が設けられている。カバー２には、Ｕ相端子５のスペーサ５ｃとボルト５ｄを通すための開口２ａの近傍に溝２ｂが設けられ、回り止め金具３７は、その溝２ｂに挿入されて係合される。このような構造は、ナット５ｂの回転に伴うスペーサ５ｃの回転を抑制し、バスバー３４の変形を有効に防止する；ナット５ｂが回転しても、回り止め金具３７は開口２ｂに係合されて回転しないから、圧着端子３６ａも回転しない。したがって、スペーサ５ｃも回転せず、バスバー３４は変形しない。スペーサ５ｃの回転によるバスバー３４の変形を防止するためには、回り止め金具３７が、圧着端子３６ａとスペーサ５ｃとの間ではなく、ナット５ｂと圧着端子３６ａの間に設けられても良い。
【００４８】
上述された構造は、Ｖ相出力段１４Ｖの出力端子をＶ相端子６に接続するための構造、及びＷ相出力段１４Ｗの出力端子をＷ相端子７に接続するための構造にも採用されている。図４に示されているように、Ｖ相出力段１４Ｖの出力端子は、スタッド３１及びスペーサ３３（これらは図４には図示されていない）を介してバスバー３８に機械的に且つ電気的に接続され、そのバスバー３８はＶ相端子６に接続されている。Ｖ相出力段１４Ｖの出力端子をＶ相端子６に接続するための構造は、バスバー３８の構造が相違する点以外は、Ｕ相出力段１４Ｕの出力端子をＵ相端子５に接続するための構造と同様である。同様に、Ｗ相出力段１４Ｗの出力端子は、スタッド３１及びスペーサ３３（これらは図４には図示されていない）を介してバスバー３９に機械的に且つ電気的に接続され、そのバスバー３９はＷ相端子７に接続されている。Ｗ相出力段１４Ｗの出力端子をＷ相端子７に接続するための構造は、バスバー３９の構造が相違する点以外は、Ｕ相出力段１４Ｕの出力端子をＵ相端子５に接続するための構造と同様である。
【００４９】
また、図８、図９に示されている構造が正極端子３及び負極端子４にも採用可能であることは、当業者には自明的であろう。
【００５０】
耐振性を一層に向上するためには、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合強度を向上することが重要である。絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合強度が充分でないと、振動がバスバー３４に加わったときに、スタッド３１が絶縁金属基板１３から剥がれる可能性がある。
【００５１】
絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合強度を向上するための一つの手段は、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合部の構造の最適化である。図１０は、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合部の好適な構造を示す断面図である。絶縁金属基板１３は、金属板１３ａと、金属板１３aを被覆する絶縁層１３ｂと、絶縁層１３ｂの上に形成された銅箔１３ｃとから構成され、スタッド３１は、銅箔１３ｃの上に半田付けによって接合されている。より具体的には、スタッド３１と銅箔１３ｃとの半田付けは、以下のようにして行われる。まず、銅箔１３ｃの上にクリーム半田が塗布される。続いて、絶縁金属基板１３とスタッド３１とがリフロー炉で加熱されることによってリフローが行われて、スタッド３１が銅箔１３ｃに接合される。このような半田付けでは、図１０に示されているように、スタッド３１と絶縁金属基板１３との接合面の外縁に、フィレット４０が形成される。このフィレット４０は、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合強度を向上させるために重要な役割を果たしている。
【００５２】
本実施の形態では、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合強度を高めるために、以下の３つの技法が採用されている：第１の技法は、スタッド３１の胴部３１ａが円柱状に形成され、これにより、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合面の外縁が円になっていることである。このような構造によれば、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合面における局所的な応力集中が発生しにくく、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合強度を有効に向上させることができる。
【００５３】
第２の技法は、スタッド３１の大きさの最適化である。より具体的には、スタッド３１の胴部３１ａの直径φが１０ｍｍ以下であることが好ましい。これは、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合部に形成されるフィレット４０の幅及び高さが溶融半田の粘度に依存しているからである。スタッド３１の胴部３１ａの直径φに対するフィレット４０の幅及び高さの比を増大させれば、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合強度を増大させることができるかもしれない；しかし、フィレット４０の幅及び高さは溶融半田の粘度に依存しており、無制限に増大させることはできない。そこで、本実施の形態では、スタッド３１の直径φが１０ｍｍ以下に選択され、これにより、スタッド３１の直径φに対するフィレット４０の幅及び高さの比を最適化することができる。これにより、充分に高い接合強度を得ることができる。絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合を、より一層に確実にするためには、スタッド３１の胴部３１ａの高さｈが、１２ｍｍ以下であることが好ましい。フィレット４０の幅及び高さに対して高さｈが過剰に増大すると、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合部に過剰に大きな力が作用し、スタッド３１が絶縁金属基板１３から剥がれやすくなる。スタッド３１が絶縁金属基板１３から剥がれることを防止するためには、スタッド３１の胴部３１ａの高さｈが、１２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００５４】
第３の技法は、スタッド３１の底部に空洞３１ｃを設けることである。空洞３１ｃを設けることの利点は、以下に述べられるように、２つある。第１のメリットは、絶縁金属基板１３とスタッド３１との接合面から気泡を排除できることである。既述のように、絶縁金属基板１３とスタッド３１との半田付けでは、絶縁金属基板１３を加熱する工程（リフロー工程）が行われる。このリフロー工程の時、空洞３１ｃの内部の気体も加熱されて膨張し、膨張した気体が空洞３１ｃから液体化したクリーム半田を通って外部に押し出される。その後に絶縁金属基板１３が冷却されると、空洞３１ｃの内部の気体が収縮して空洞３１ｃの内部が負圧になる。これにより、スタッド３１を絶縁金属基板１３に押し付ける力が発生し、スタッド３１と絶縁金属基板１３の間の接合面から気泡が排除される。接合面からの気泡の排除は、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合強度の向上に有効である。第２のメリットは、空洞３１ｃの縁にも、フィレット４１が形成されることである。フィレット４０に加えてフィレット４１が形成されることにより、絶縁金属基板１３とスタッド３１との間の接合強度を有効に向上させることができる。
【００５５】
第３  多層プリント配線基板のレイアウト
本実施の形態のインバータ装置１０の第２の特徴は、図５に示されているように、多層プリント配線基板１５のドライブ回路領域１５ｂ（即ち、Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕと、Ｖ相ゲートドライブ回路１７Ｖと、Ｗ相ゲートドライブ回路１７Ｗとが形成される領域）が、ドライブボード１２の外周部に設けられていることである。より具体的には、Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕは、多層プリント配線基板１５の第１辺１５ｃの近傍に設けられ、Ｖ相ゲートドライブ回路１７Ｖは、多層プリント配線基板１５の、第１辺１５ｃに対向する第２辺１５ｄの近傍に設けられる。Ｗ相ゲートドライブ回路１７Ｗは、第１辺１５ｃと第２辺１５ｄとの間に位置する第３辺１５ｅの近傍に設けられる。
【００５６】
このような構造では、コンデンサ領域１５ａがドライブボード１２の中央部に形成されるため、コンデンサ領域１５ａに形成される電源パターン２１及び接地パターン２２の面積を増大させることができる；Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕと、Ｖ相ゲートドライブ回路１７Ｖと、Ｗ相ゲートドライブ回路１７Ｗを、それぞれ、Ｕ相出力段１４Ｕ、Ｖ相出力段１４Ｖ、Ｗ相出力段１４Ｗに接続する配線を通すための開口をドライブボード１２に設ける必要がない。
【００５７】
コンデンサ領域１５ａに形成される電源パターン２１及び接地パターン２２の面積を増大させることは、ノイズに対する耐性を向上させ、更に、電源パターン２１及び接地パターン２２の間に保持される直流電源電圧の安定化に有効である。
【００５８】
第４  ＩＭＳボードの配置
図３を参照して、本実施の形態のインバータ装置１０の第３の特徴は、ＩＭＳボード１１の配置にある。６枚のＩＭＳボード１１は、一列に並べられておらず、ある中心点Ａを取り囲むように配置されている。より具体的には、ある一の相に対応するＩＭＳボード１１が配置される領域は、他の２つの相に対応するＩＭＳボード１１が配置される領域の両方に隣接するように規定されている。ベース１に、図３に示されているようにＸ−Ｙ座標系を規定して６枚のＩＭＳボード１１の位置関係を説明すれば、Ｕ相に対応するＩＭＳボード１１Ｕが配置される領域は、Ｖ相に対応するＩＭＳボード１１Ｖが配置される領域に＋Ｙ方向において隣接しており、Ｗ相に対応するＩＭＳボード１１Ｗが配置される領域に−Ｘ方向において隣接している。同様に、Ｖ相に対応するＩＭＳボード１１Ｖが配置される領域は、Ｗ相に対応するＩＭＳボード１１Ｗが配置される領域に、−Ｘ方向において隣接しており、Ｕ相に対応するＩＭＳボード１１Ｕが配置される領域に−Ｙ方向において隣接している。更に、Ｗ相に対応するＩＭＳボード１１Ｗが配置される領域は、Ｕ相に対応するＩＭＳボード１１Ｕが配置される領域と、Ｖ相に対応するＩＭＳボード１１Ｖが配置される領域との両方に、＋Ｘ方向において隣接している。
【００５９】
このような配置は、平滑コンデンサ１６、電源パターン２１、及び接地パターン２２から、ＩＭＳボード１１Ｕに設けられるＵ相出力段１４Ｕ、ＩＭＳボード１１Ｖに設けられるＶ相出力段１４Ｖ、及びＩＭＳボード１１Ｗに設けられるＷ相出力段１４Ｗまでの平均的な距離を均一化する。これは、Ｕ相出力段１４Ｕ、Ｖ相出力段１４Ｖ、及びＷ相出力段１４Ｗに供給される電流の大きさをより均一にするために有効である。
【００６０】
中心点Ａを取り囲むＩＭＳボード１１の配置は、図５に示されているドライブボード１２のレイアウト（即ち、ドライブ回路領域１５ｂが外周部に配置されたドライブボード１２のレイアウト）と共に使用されることが好適である。ＩＭＳボード１１を、ある中心点Ａを取り囲むように配置することにより、ドライブ回路領域１５ｂに配置されているＵ相ゲートドライブ回路１７Ｕ、Ｖ相ゲートドライブ回路１７Ｖ、及びＷ相ゲートドライブ回路１７Ｗと、Ｕ相出力段１４Ｕ、Ｖ相出力段１４Ｖ、及びＷ相出力段１４Ｗとをそれぞれに接続するフラットケーブル１８Ｕ、１８Ｖ、及び１８Ｗの距離を短くすることができる。これは、フラットケーブル１８Ｕ、１８Ｖ、及び１８Ｗのバタツキを抑制し、更に、ノイズ耐性を向上させるために好適である。
【００６１】
第５  ＩＭＳボードのレイアウト
ＩＭＳボード１１のレイアウトの最適化は、インバータ出力段１４に搭載されるパワーＦＥＴの一部に電流が集中することを防止するために重要である。図１１は、好適なＩＭＳボード１１のレイアウトを示す平面図である；図１１には、Ｕ相に対応するＩＭＳボード１１Ｕのレイアウトが図示されているが、Ｖ相、Ｗ相に対応するＩＭＳボード１１Ｖ、１１Ｗの配置もＩＭＳボード１１Ｕのレイアウトと同様である。
【００６２】
ＩＭＳボード１１Ｕには、２つの正極スタッド３１Ｐと、２つの負極スタッド３１Ｎと、２つのＵ相スタッド３１Ｕと、Ｕ相出力段１４Ｕと、コネクタ６０とが搭載される。Ｕ相出力段１４Ｕは、ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１、５３と、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２、５４とを備えている。ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１、５３、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２、５４としては、ＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴが使用される。コネクタ６０は、Ｕ相ゲートドライブ回路１７ＵとＩＭＳボード１１Ｕとを電気的に接続するために使用される。具体的には、コネクタ６０は、Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕに接続されたフラットケーブル１８Ｕに接続される。
【００６３】
図１２は、Ｕ相出力段１４Ｕの回路図である。一方の正極スタッド３１Ｐは、正極ノード５５に接続され、他方の正極スタッド３１Ｐは、もう一つの正極ノード５６に接続されている。負極スタッド３１Ｎは、いずれも、負極ノード５７に共通接続されている。一方のＵ相スタッド３１Ｕは、出力ノード５８に接続され、他方のＵ相スタッド３１Ｕは、もう一つの出力ノード５９に接続されている。ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１は、正極ノード５６と出力ノード５８の間に並列に接続され、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２は、出力ノード５８と負極ノード５７の間に並列に接続されている。ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１は、出力ノード５８に接続されたＵ相スタッド３１Ｕをプルアップするために使用され、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２は、該Ｕ相スタッド３１Ｕをプルダウンするために使用される。一方、ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５３は、正極ノード５６と出力ノード５９の間に並列に接続され、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５４は、出力ノード５９と負極ノード５７の間に並列に接続されている。ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５３は、出力ノード５９に接続されたＵ相スタッド３１Ｕをプルアップするために使用され、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５４は、該Ｕ相スタッド３１Ｕをプルダウンするために使用される。ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１、５３と、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２、５４のゲートは、Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕに接続され、Ｕ相ゲートドライブ回路１７Ｕによって駆動される。
【００６４】
図１１に戻り、ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２は、いずれも、＋ｘ方向に一列に並べられている。同様に、ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５３、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５４も、いずれも、＋ｘ方向に一列に並べられている。
【００６５】
パワーＦＥＴ及びスタッドを配置するのに必要な面積の縮小とパワーＦＥＴを流れる電流の均一化との両方をバランスよく実現するために、ＩＭＳボード１１Ｕのレイアウトは、正極スタッド３１ＰのハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１に対する位置と、Ｕ相スタッド３１ＵのローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２に対する位置とが、互い違いになるように決定されている。詳細には、正極スタッド３１Ｐは、ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１の列から−ｘ方向にずれて配置される一方、Ｕ相スタッド３１Ｕは、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２の列から＋ｘ方向にオフセットするように配置される。負極スタッド３１Ｎは、ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１の列、及びローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２の列に対して、−ｙ方向に位置している。このような配置によれば、正極スタッド３１ＰからＵ相スタッド３１Ｕまでの配線の長さを、経由するハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１に依存せずに、ほぼ一定にすることができ、従って、ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１を流れる電流の均一性を向上することができる。加えて、Ｕ相スタッド３１Ｕが、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２の列に対して＋ｘ方向に位置していることにより、パワーＦＥＴ及びスタッドを配置するのに必要な面積を縮小することができる。
【００６６】
パワーＦＥＴを流れる電流、及び２つのＵ相スタッド３１Ｕから出力される電流を均一化するためには、更に、ＩＭＳボード１１Ｕのレイアウトが、ある対称面Ｓに対して鏡面対称であることが好適である。具体的には、ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１の列とハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５３の列とは、対称面Ｓに対して鏡面対称に配置され、ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２の列とローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５４の列とは、対称面Ｓに対して鏡面対称に配置されている。同様に、２つの正極スタッド３１Ｐは、対称面Ｓに対して鏡面対称に配置され、２つのＵ相スタッド３１Ｕは、対称面Ｓに対して鏡面対称に配置されている。負極スタッド３１Ｎも同様に、対称面Ｓに対して鏡面対称に配置されている。より具体的には、負極スタッド３１Ｎは、円柱状である胴部３１ａの中心軸が、対称面Ｓの面の上にあるように配置されている。このような配置によれば、パワーＦＥＴを流れる電流、及び２つのＵ相スタッド３１Ｕから出力される電流の均一性を向上させることができる。
【００６７】
なお、正極スタッド３１Ｐと負極スタッド３１Ｎとが配置される位置は、交換可能であることに留意されたい。正極スタッド３１Ｐと負極スタッド３１Ｎとが配置される位置が交換された場合には、ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５１の列、及びローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５２の列が配置される位置が交換され、更に、ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５３の列、及びローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ５４の列が配置される位置が交換される。このようなレイアウトでも、同様の効果を奏することは、当業者には自明的である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の実施の一形態に係るインバータ装置の正面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明の実施の一形態に係るインバータ装置の上面図である。
【図２】図２は、カバーが外された状態での、インバータ装置の正面図である。
【図３】図３は、カバー及びドライブボードが外された状態での、インバータ装置の上面図である。
【図４】図４は、カバーが外された状態での、インバータ装置の上面図である。
【図５】図５は、ドライブボードの構成を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施の一形態に係るインバータ装置の回路図である。
【図７】図７は、正極端子及び負極端子の構造、並びに、これらとドライブボードの接続部の構造を示す部分断面図である。
【図８】図８は、ドライブボードの支持構造、及び、Ｕ相端子（Ｖ相端子、Ｗ相端子）の構造を示す部分断面図である。
【図９】図９は、Ｕ相端子（及びＶ相端子、Ｗ相端子）の好適な構造を示す鳥瞰図である。
【図１０】図１０は、ＩＭＳボードに設けられるスタッドの好適な構造を示す断面図である。
【図１１】図１１は、ＩＭＳボードの好適なレイアウトを示す上面図である。
【図１２】図１２は、ＩＭＳボードの回路図である。
【符号の説明】
【００６９】
１：ベース
２：カバー
３：正極端子
３ａ：ボルト
３ｂ：上側ナット
３ｃ：スペーサ
３ｄ：下側ナット
４：負極端子
４ａ：ボルト
４ｂ：上側ナット
４ｃ：スペーサ
４ｄ：下側ナット
５：Ｕ相端子
５ａ：絶縁ターミナル
５ｂ：ナット
５ｃ：スペーサ
５ｄ：ボルト
５ｅ：絶縁スペーサ
５ｆ：ボルト
６：Ｖ相端子
７：Ｗ相端子
１１、１１Ｕ、１１Ｖ、１１Ｗ：ＩＭＳボード
１２：ドライブボード
１３：絶縁金属基板
１４：インバータ出力段
１４Ｕ：Ｕ相出力段
１４Ｖ：Ｖ相出力段
１４Ｗ：Ｗ相出力段
１５：多層プリント配線基板
１５ａ：コンデンサ領域
１５ｂ：ドライブ回路領域
１６：平滑コンデンサ
１７Ｕ：Ｕ相ゲートドライブ回路
１７Ｖ：Ｖ相ゲートドライブ回路
１７Ｗ：Ｗ相ゲートドライブ回路
１８Ｕ、１８Ｖ、１８Ｗ：フラットケーブル
１９：ＤＳＰカード
２０：ＰＷＭ制御回路
２１：電源パターン
２２：接地パターン
２３：銅プレート
２４：電源ケーブル
２４ａ：圧着端子
２５：銅プレート
２６：電源ケーブル
２６ａ：圧着端子
３１：スタッド
３１ａ：胴部
３１ｂ：ねじ部
３１ｃ：空洞
３１Ｐ：正極スタッド
３１Ｎ：負極スタッド
３１Ｕ：Ｕ相スタッド
３１Ｖ：Ｖ相スタッド
３１Ｗ：Ｗ相スタッド
３２：ナット
３３：スペーサ
３３ａ：胴部
３３ｂ：ねじ部
３４：バスバー
３５：ナット
３６：Ｕ相ケーブル
３６ａ：圧着端子
３７：回り止め金具
３８、３９：バスバー
４０：フィレット
４１：フィレット
５１、５３：ハイサイドパワーＭＯＳＦＥＴ
５２、５４：ローサイドパワーＭＯＳＦＥＴ
５５、５６：正極ノード
５７：負極ノード
５８、５９：出力ノード
６０：コネクタ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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