(57)【要約】【課題】  小型・軽量でスナバ用コンデンサの交換が容易、かつスナバ効果の優れたなスナバモジュールを提案すること。【解決手段】  ブリッジ構成に接続されている複数のスナバ用ダイオードとスナバ用コンデンサとを組み合わせてなるスナバモジュールにおいて、前記スナバ用ダイオードは、第１の一対のダイオードのカソード同士が接続されているカソードコモンダイオード部と、第２の一対のダイオードのアノード同士が接続されているアノードコモンダイオード部とからなり、前記カソードコモンダイオード部と前記アノードコモンダイオード部とは、互いに並列接続となるように一端が第１の引き出し電極部材に接続され、他端が第２の引き出し電極部材に接続されており、前記スナバ用コンデンサは、前記カソードコモンダイオード部のカソードと前記アノードコモンダイオード部のアノードとの間に接続されていることを特徴とするスナバモジュール。【選択図】  図１
2007244100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
双方向の電流を開閉する双方向性半導体スイッチの両端に接続される複数のスナバ用ダイオードとスナバ用コンデンサとを組み合わせてなるスナバモジュールにおいて、
前記スナバ用ダイオードは、第１の一対のダイオードのカソード同士が接続されているカソードコモンダイオード部と、第２の一対のダイオードのアノード同士が接続されているアノードコモンダイオード部とからなり、
前記カソードコモンダイオード部は、前記第１の一対のダイオードのそれぞれのカソードがカソードコモン端子となる第１の金属ベース部材の一方の主面に接続されると共に、前記第１の金属ベース部材と対向する位置にそれぞれのアノード端子を有し、
前記アノードコモンダイオード部は、前記第２の一対のダイオードのそれぞれのアノードがアノードコモン端子となる第２の金属ベース部材の一方の主面に接続されると共に、前記第２の金属ベース部材と対向する位置にそれぞれのカソード端子を有し、
前記カソードコモンダイオード部の一方の前記アノード端子と前記アノードコモンダイオード部の一方の前記カソード端子とが、前記双方向性半導体スイッチの一端に接続される第１の引き出し電極部材で接続され、前記カソードコモンダイオード部の他方の前記アノード端子と前記アノードコモンダイオード部の他方の前記カソード端子とが、前記双方向性半導体スイッチの他端に接続される第２の引き出し電極部材で接続されることにより、前記カソードコモンダイオード部と前記アノードコモンダイオード部とが並列に接続されており、
前記スナバ用コンデンサの双方の端子は、それぞれ前記第１の金属ベース部材の他方の主面と前記第２の金属ベース部材の他方の主面とに、直接的あるいは間接的に接続されていることを特徴とするスナバモジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の金属ベース部材と前記第２の金属ベース部材との前記他方の主面は、同一平面上にあることを特徴とするスナバモジュール。
【請求項３】
双方向の電流を開閉する双方向性半導体スイッチの両端に接続される複数のスナバ用ダイオードとスナバ用コンデンサとを組み合わせてなるスナバモジュールにおいて、
前記スナバ用ダイオードは、一対のダイオードのカソード同士が接続されている第１、第２、第３のカソードコモンダイオード部と、一対のダイオードのアノード同士が接続されている第１、第２、第３のアノードコモンダイオード部とからなり、
前記第１、第２、第３のカソードコモンダイオード部は、それぞれ、カソードコモン端子となる金属ベース部材と、それぞれの金属ベース部材と対向する位置に２つのアノード端子を有し、
前記第１、第２、第３のアノードコモンダイオード部は、それぞれ、アノードコモン端子となる金属ベース部材と、それぞれの金属ベース部材と対向する位置に２つのカソード端子を有し、
前記第１のカソードコモンダイオード部と前記第１のアノードコモンダイオード部、前記第２のカソードコモンダイオード部と前記第２のアノードコモンダイオード部、前記第３のカソードコモンダイオード部と前記第３のアノードコモンダイオード部が、それぞれ並列接続されるように、それぞれの一方のアノード端子と一方のカソード端子とが、他方のアノード端子と他方のカソード端子とが、それぞれ、第１の引き出し電極部材と第２の引き出し電極部材、第３の引き出し電極部材と第４の引き出し電極部材、第５の引き出し電極部材と第６の引き出し電極部材で接続され、
前記第１、第２、第３のカソードコモンダイオード部のそれぞれの金属ベース部材は互いに第１の幅広導体に電気的にも機械的にも結合され、
前記第１、第２、第３のアノードコモンダイオード部のそれぞれの金属ベース部材は互いに第２の幅広導体に電気的にも機械的にも結合され、
前記スナバ用コンデンサは、前記第１の幅広導体と前記第２の幅広導体とに電気的にも機械的にも結合されることを特徴とするスナバモジュール。
【請求項４】
請求項３において、
前記第１、第３、第５の引き出し電極部材と前記第２、第４、第６の引き出し電極部材は、それぞれ、三相交流電源と三相交流負荷との間に接続される９つの前記双方向性スイッチの内の３つの前記双方向性スイッチを１組とした３組共通の３つの入力端子、又は、各組で３つの出力端子を結合した３組それぞれの３つの出力端子のどちらかに接続されることを特徴とするスナバモジュール。
【請求項５】
請求項３又は請求項４において、
前記第１、第２、第３のカソードコモンダイオード部、前記第１、第２、第３のアノードコモンダイオード部は、それらの金属ベース部材、及びアノード端子又はカソード端子が露出するようにそれぞれ電気絶縁材料でモールドされていることを特徴とするスナバモジュール。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５のいずれかにおいて、
前記第１、第２、第３のカソードコモンダイオード部、前記第１、第２、第３のアノードコモンダイオード部は、それらの金属ベース部材、及びアノード端子又はカソード端子が露出するように、電気絶縁材料で一体的にモールドされていることを特徴とするスナバモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スナバモジュール、特に互いに逆方向に並列接続されたＩＧＢＴ又はＦＥＴなどからなる双方向性半導体スイッチ、あるいはその双方向性半導体スイッチを複数接続してなるマトリクスコンバータをサージ電圧から保護するのに適したスナバモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ回路などにあっては、ＩＧＢＴ又はＦＥＴなどの半導体スイッチをブリッジなど所定の回路構成に接続し、それら半導体スイッチをパルス幅制御することによって、直流電力を交流電力に変換している。このような半導体スイッチのスイッチング時、特に半導体スイッチのターンオフ時には、フィルタの平滑用チョークコイルのインダクタンス又は回路に含まれるインダクタンス成分に蓄えられたエネルギーを継続して流そうとするために、半導体スイッチの両端に過渡的に大きな電圧が発生するので、前記エネルギーを半導体スイッチからバイパスすることによって、過渡的な大きな電圧が発生するのを抑制するスナバ回路が前記半導体スイッチに並列に設けられる場合が多い。インバータ回路のようなＤＣ−ＡＣコンバータにあっては、半導体スイッチに一方向の電流が流れるだけであるので、スナバ回路としてはコンデンサ、あるいはコンデンサと抵抗、又はコンデンサと抵抗とコンデンサとを組み合わせた回路など種々のスナバ回路が提案されている。
【０００３】
しかしながら、双方向性半導体スイッチ又はマトリクスコンバータなどの双方向性コンバータにあっては、電流が双方向に流れるために双方向性半導体スイッチに並列にコンデンサを接続、あるいは双方向性コンバータの各相間にコンデンサを接続してスナバ回路としている場合が多い。そのような中で、マトリクスコンバータの有効的なスナバ回路として、マトリクスコンバータの入力端子側に複数のスナバ用ダイオードをブリッジ接続してなるダイオード回路を接続すると共に、出力端子側に複数のスナバ用ダイオードをブリッジ接続した別のダイオード回路を接続し、さらにそのダイオード回路の出力端子間にスナバ用コンデンサを接続してなるスナバ回路が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００３−３３３８２６公報
【特許文献２】特開２００４−０９６９７４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前掲特許文献１で開示されたスナバモジュールにあっては、ディスクリートのダイオード部品で構成されているために小型化が難しく、また、それらダイオード部品間を接続している配線が長くなってしまうためにインダクタンスが大きくなってしまい、サージ電圧を抑制する効果が低くなることが知られている。前掲特許文献２で開示されたスナバモジュールは前掲特許文献１の欠点を除去できるが、複数のダイオード素子とコンデンサとそれらの間を接続している配線をすべて電気絶縁樹脂でモールドしているので、ダイオード素子の発熱が電気絶縁樹脂を介してコンデンサに伝達され、コンデンサの温度上昇の原因になっている。このことは容量のより大きなダイオード素子、コンデンサを用いねばならないことになり、スナバモジュールの大型化を招き、電気絶縁樹脂の使用量の増大と重量の増大とを招いている。また、コストアップの一因にもなっている。
【０００５】
したがって、本発明は前述の問題点を解決し、小型・軽量でスナバ用コンデンサの交換が容易なスナバモジュールを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、双方向の電流を開閉する双方向性半導体スイッチの両端に接続される複数のスナバ用ダイオードとスナバ用コンデンサとを組み合わせてなるスナバモジュールにおいて、前記スナバ用ダイオードは、第１の一対のダイオードのカソード同士が接続されているカソードコモンダイオード部と、第２の一対のダイオードのアノード同士が接続されているアノードコモンダイオード部とからなり、前記カソードコモンダイオード部は、前記第１の一対のダイオードのそれぞれのカソードがカソードコモン端子となる第１の金属ベース部材の一方の主面に接続されると共に、前記第１の金属ベース部材と対向する位置にそれぞれのアノード端子を有し、前記アノードコモンダイオード部は、前記第２の一対のダイオードのそれぞれのアノードがアノードコモン端子となる第２の金属ベース部材の一方の主面に接続されると共に、前記第２の金属ベース部材と対向する位置にそれぞれのカソード端子を有し、前記カソードコモンダイオード部の一方の前記アノード端子と前記アノードコモンダイオード部の一方の前記カソード端子とが、前記双方向性半導体スイッチの一端に接続される第１の引き出し電極部材で接続され、前記カソードコモンダイオード部の他方の前記アノード端子と前記アノードコモンダイオード部の他方の前記カソード端子とが、前記双方向性半導体スイッチの他端に接続される第２の引き出し電極部材で接続されることにより、前記カソードコモンダイオード部と前記アノードコモンダイオード部とが並列に接続されており、前記スナバ用コンデンサの双方の端子は、それぞれ前記第１の金属ベース部材の他方の主面と前記第２の金属ベース部材の他方の主面とに、直接的あるいは間接的に接続されていることを特徴とするスナバモジュールを提供するものである。
【０００７】
第２の発明は、前記第１の発明において、前記第１の金属ベース部材と前記第２の金属ベース部材との前記他方の主面は、同一平面上にあることを特徴とするスナバモジュールを提供するものである。
【０００８】
第３の発明は、双方向の電流を開閉する双方向性半導体スイッチの両端に接続される複数のスナバ用ダイオードとスナバ用コンデンサとを組み合わせてなるスナバモジュールにおいて、前記スナバ用ダイオードは、一対のダイオードのカソード同士が接続されている第１、第２、第３のカソードコモンダイオード部と、一対のダイオードのアノード同士が接続されている第１、第２、第３のアノードコモンダイオード部とからなり、前記第１、第２、第３のカソードコモンダイオード部は、それぞれ、カソードコモン端子となる金属ベース部材と、それぞれの金属ベース部材と対向する位置に２つのアノード端子を有し、前記第１、第２、第３のアノードコモンダイオード部は、それぞれ、アノードコモン端子となる金属ベース部材と、それぞれの金属ベース部材と対向する位置に２つのカソード端子を有し、前記第１のカソードコモンダイオード部と前記第１のアノードコモンダイオード部、前記第２のカソードコモンダイオード部と前記第２のアノードコモンダイオード部、前記第３のカソードコモンダイオード部と前記第３のアノードコモンダイオード部が、それぞれ並列接続されるように、それぞれの一方のアノード端子と一方のカソード端子とが、他方のアノード端子と他方のカソード端子とが、それぞれ、第１の引き出し電極部材と第２の引き出し電極部材、第３の引き出し電極部材と第４の引き出し電極部材、第５の引き出し電極部材と第６の引き出し電極部材で接続され、前記第１、第２、第３のカソードコモンダイオード部のそれぞれの金属ベース部材は互いに第１の幅広導体に電気的にも機械的にも結合され、前記第１、第２、第３のアノードコモンダイオード部のそれぞれの金属ベース部材は互いに第２の幅広導体に電気的にも機械的にも結合され、前記スナバ用コンデンサは、前記第１の幅広導体と前記第２の幅広導体とに電気的にも機械的にも結合されることを特徴とするスナバモジュールを提供するものである。
【０００９】
第４の発明は、前記第３の発明において、前記第１、第３、第５の引き出し電極部材と前記第２、第４、第６の引き出し電極部材は、それぞれ、三相交流電源と三相交流負荷との間に接続される９つの前記双方向性スイッチの内の３つの前記双方向性スイッチを１組とした３組共通の３つの入力端子、又は、各組で３つの出力端子を結合した３組それぞれの３つの出力端子のどちらかに接続されることを特徴とするスナバモジュールを提供するものである。
【００１０】
第５の発明は、前記第３の発明又は前記第４の発明において、前記第１、第２、第３のカソードコモンダイオード部、前記第１、第２、第３のアノードコモンダイオード部は、それらの金属ベース部材、及びアノード端子又はカソード端子が露出するようにそれぞれ電気絶縁材料でモールドされていることを特徴とするスナバモジュールを提供するものである。
【００１１】
第６の発明は、前記第３の発明ないし前記第５の発明のいずれかにおいて、前記第１、第２、第３のカソードコモンダイオード部、前記第１、第２、第３のアノードコモンダイオード部は、それらの金属ベース部材、及びアノード端子又はカソード端子が露出するように、電気絶縁材料で一体的にモールドされていることを特徴とするスナバモジュールを提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
前記第１の発明又は前記第２の発明によれば、スナバ用ダイオードを金属ベース部材と引き出し電極部材との間に挟んで接着する構造であるので、配線インダクタンスを最小限にできると共に、スナバダイオードの放熱を極めて良好なものにできる。したがって双方向性半導体スイッチのいずれの方向のターンオフ時にも、双方向性半導体スイッチの両端に発生するサージ電圧を確実に制限することができるだけでなく、小型で経済性に優れたスナバモジュールを提供することができる。
【００１３】
また、前記第３の発明ないし前記第６の発明によれば、配線を担うインダクタンスのより小さな部材を用いた簡単で経済的な構造のスナバモジュールでもって、マトリクスコンバータのいずれの方向の電流の開閉時にも、その両端に発生するサージ電圧を確実に制限することができる。また、第１、第２の幅広導体はカソードコモンダイオード部とカソードコモンダイオード部の放熱を良好なものにするだけでなく、スナバ用コンデンサやその放電回路を接続する端子も兼ねることができ、回路インダクタンスの低減とスナバモジュールの構造の簡単化に役立っている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
[実施形態１]
図１は本発明の実施形態１にかかるスナバモジュールの基本的な回路構成を示す図である。図２は実施形態１にかかるスナバモジュールの構造を説明するための図面である。図１において、スナバモジュール１００は双方向性半導体スイッチＱの両端に接続されている。双方向性半導体スイッチＱは一般的なものであって、例えば２個のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）Ｑ１、Ｑ２を並列接続したものからなる。スナバモジュール１００は、２個のダイオードＤ１とＤ２とのカソード同士を互いに接続してなるカソードコモンダイオード部１と、２個のダイオードＤ３とＤ４とのアノード同士を互いに接続してなるアノードコモンダイオード部２と、それら互いに接続されたカソード部とアノード部との間に接続されたスナバ用コンデンサ３と、スナバ用コンデンサ３に並列に接続された抵抗器４とからなる。
【００１５】
このスナバ回路の動作を簡単に説明する。今、一方の半導体スイッチＱ２がオフ状態で、他方の半導体スイッチＱ１がオン状態にあり、半導体スイッチＱ１がオンからオフに変ると、それまで半導体スイッチＱ１を流れていた電流はスナバモジュール１００のダイオードＤ１、スナバ用コンデンサ３、ダイオードＤ４を通して流れることによって、半導体スイッチＱ１の両端に現出するサージ電圧を抑制する。スナバ用コンデンサ３に充電された電荷は抵抗器４を通して放電され、消費される。半導体スイッチＱ１がオフで、半導体スイッチＱ２がオン状態にあり、半導体スイッチＱ２がオフする場合には、半導体スイッチＱ２を流れていた電流はスナバモジュール１００のダイオードＤ２、スナバ用コンデンサ３、ダイオードＤ３を通して流れることによって、半導体スイッチＱ２の両端に現出するサージ電圧を抑制する。
【００１６】
次に、このように動作するスナバモジュール１００の構造について図２を用いて説明する。図２（Ａ）はスナバモジュール１００を下方から見た説明図であり、図２（Ｂ）はスナバモジュール１００を側面から見た説明図であって、分かり易いように鎖線で表示する部分も実線で示している部分がある。カソードコモンダイオード部１とアノードコモンダイオード部２とは外形、寸法ともに同じである。カソードコモンダイオード部１は、フラットな金属ベース部材１Ａと、金属ベース部材１Ａの一方の主面に不図示のカソード電極がハンダ付けなどによって接着されたダイオードＤ１、Ｄ２（図１）をモールドしてなる電気絶縁材料１Ｂ、ダイオードＤ１のアノード端子１Ｃ、ダイオードＤ２のアノード端子１Ｄを有する。ここで、ダイオードＤ１は金属ベース部材１Ａとアノード端子１Ｃとの間に挟まれており、ダイオードＤ２は金属ベース部材１Ａとアノード端子１Ｄとの間に挟まれた構造になっている。アノードコモンダイオード部２も同様であり、フラットな金属ベース部材２Ａと、金属ベース部材２Ａの一方の主面に不図示のアノード電極がハンダ付けなどによって接着されたダイオードＤ３、Ｄ４（図１）をモールドしてなる電気絶縁材料２Ｂ、ダイオードＤ３のカソード端子２Ｃ、ダイオードＤ４のカソード端子２Ｄを有する。ダイオードＤ３は金属ベース部材２Ａとカソード端子２Ｃとの間に挟まれており、ダイオードＤ４は金属ベース部材２Ａとカソード端子２Ｄとの間に挟まれた構造になっている。したがって、この構造によればダイオードＤ１〜Ｄ４の放熱が良好である。ここで、ダイオードＤ１、Ｄ２のカソードが接着された金属ベース部材１Ａの一方の主面とは反対側になる他方の主面、及びダイオードＤ３、Ｄ４のアノードが接着された金属ベース部材１Ａの一方の主面とは反対側になる他方の主面は、互いにほぼ同じレベル、つまり同一平面上に位置する。
【００１７】
これらカソードコモンダイオード部１とアノードコモンダイオード部２とは、アノード端子１Ｃと１Ｄ、カソード端子２Ｃと２Ｄとが樹脂ケース５内に位置し、かつ少なくとも金属ベース部材１Ａと２Ａとが樹脂ケース５から突出するように納められている。樹脂ケース５は、図２（Ｂ）において下方向から見て開いており、上方向から見たときには、ダイオードＤ１とダイオードＤ２とを包囲してなる電気絶縁材料１Ｂ、及びダイオードＤ３とダイオードＤ３とを包囲してなる電気絶縁材料２Ｂをそれぞれ納めるための不図示の開口を有する。樹脂ケース５の相対する一対の側壁５Ａ、５Ｂからは内外に向けて第１の引き出し電極部材６、第２の引き出し電極部材７が延びている。第１、第２の引き出し電極部材６、７は、図１に示した双方向性半導体素子Ｑの不図示の取付け用外部端子に取り付けるための取付け部６Ａ、７Ａと、互いに相対する方向に延びる接続部６Ｂ、７Ｂとからなる。なお、第２の引き出し電極部材７の接続部７Ｂについては、分かり易いように樹脂ケース５内の部分を鎖線で示している。なお、樹脂ケース５は必要に応じて用いればよく、必ずしも必要ではない。
【００１８】
取付け部６Ａ、７Ａはそれぞれ長孔６ａ、７ａを有し、これら長孔６ａ、７ａに不図示のボルトを挿入して双方向性半導体スイッチＱの両端における不図示の外部端子に取り付ける。接続部６Ｂ、７Ｂはそれぞれ二つのボルト用孔６ｂ１と６ｂ２、ボルト用孔７ｂ１と７ｂ２を有する。カソードコモンダイオード部１のアノード端子１Ｃ、アノードコモンダイオード部２のカソード端子２Ｃにそれぞれ設けられた不図示のネジ孔にボルト用孔６ｂ１、６ｂ２を位置合わせした上で、不図示のボルトをそれら孔に挿入して螺回することによって、第１の引き出し電極部材６がアノード端子１Ｃとカソード端子２Ｃとに固定され、かつ電気的に接続される。同様に、アノードコモンダイオード部２のカソード端子２Ｄ、カソードコモンダイオード部１のアノード端子１Ｄのそれぞれに設けられた不図示のネジ孔にボルト用孔７ｂ１、７ｂ２を位置合わせした上で、不図示のボルトを挿入して螺回することによって、第２の引き出し電極部材７がアノード端子１Ｄとカソード端子２Ｄとに固定され、かつ電気的に接続される。
【００１９】
前記不図示のボルトによって第１、第２の引き出し電極部材６、７をカソードコモンダイオード部１とアノードコモンダイオード部２とに取り付ける工程は、図２（Ｂ）下方向から、つまり樹脂ケース５の開口から行われるので、取り付け作業は容易に行える。なお、フラットな金属ベース部材１Ａ、２Ａは図２（Ａ）において、電気絶縁材料１Ｂ、２Ｂから上下方向に突出し、その突出した部分に任意の形状の取付け用孔１ａと１ｂ、２ａと２ｂとを有するが、実施形態１では必ずしも電気絶縁材料１Ｂ、２Ｂから突出する必要は無く、また取付け用孔１ａと１ｂ、取付け用孔２ａと２ｂとを有する必要も無い。この実施形態１では、図１に示したスナバ用コンデンサ３と抵抗器４との両端子がフラットな金属ベース部材１Ａ、２Ａにそれぞれハンダ付け、又は不図示のボルトとハトメを利用して取付け用孔１ａと１ｂ、取付け用孔２ａと２ｂに固定されている。抵抗器４はスナバ用コンデンサ３の陰に位置するので図示されていない。
【００２０】
なお、図２（Ｂ）のスナバ用コンデンサ３は、電気的な接続を示す図であり、実際には、配線インダクタンスを低減するようにカソードコモン部１とアノードコモン部２とに取り付けることが好ましい。例えば、フラットな金属ベース部材１Ａ、２Ａそれぞれに、取付け用孔１ａと１ｂ、取付け用孔２ａと２ｂとを利用して不図示のボルトなどによって、機械的な強度の補強と放熱も兼ねる幅広導体８、９（破線で示す）を取り付け、その幅広導体８、９にスナバ用コンデンサ３と抵抗器４とを取り付ける構造としてもよい。スナバ用コンデンサ３と幅広導体８、９とを接続する際には、配線インダクタンスを低減するために、幅広導体８、９から幅広の状態で、かつ最短距離でスナバ用コンデンサ３の両端に接続することが好ましい。具体的な構成については、実施形態２で説明する。このような構成にすることによって、スナバ用コンデンサ３と、それぞれカソードコモンダイオード部１及びアノードコモンダイオード部２との配線インダクタンスを低減することができるため、サージ電圧を抑制する効果を高めることができる。
【００２１】
また、上記のように、カソードコモンダイオード部１及びアノードコモンダイオード部１の上にスナバ用コンデンサ３を配置する構成にしているため、比較的大きな容量のコンデンサを適用した場合でも、コンデンサの占有面積を十分に確保することがき、さらに、スナバモジュール全体を小型化することが可能となる。また、設計値に適したスナバ用コンデンサ３に変更する必要がある場合でも、容易に交換が可能となる。さらに、スナバ用コンデンサ３とカソードコモンダイオード部１及びアノードコモンダイオード部２とが、電気絶縁樹脂等によってモールドされていないため、スナバ用コンデンサ３とカソードコモンダイオード部１及びアノードコモンダイオード部２との間の空気の層によって、ダイオードの発熱を断熱することができる。したがって、スナバ用コンデンサ３の温度上昇を防止することができ、コンデンサの破損を防ぎ、寿命を延ばすことができる。
【００２２】
また、必要に応じて、樹脂ケース５内に電気絶縁樹脂に注入してもよい。実施形態１の樹脂ケース５は、スナバ用コンデンサ３と抵抗器４とが樹脂ケース５の外側に位置し、カソードコモンダイオード部１とアノードコモンダイオード部２との下側部分のみが納められる程度の低い背高であるので、仮に樹脂ケース５内に電気絶縁樹脂に注入しても重量は少し増えるだけである。また、抵抗器４に代えて、半導体スイッチＱ１、Ｑ２の双方がオフの期間にオンしてスナバ用コンデンサ３の充電電荷を放電する不図示の半導体スイッチ用素子をスナバ用コンデンサ３の両端に並列に接続してもよい。
【００２３】
[実施形態２]
次に、図３及び図４によって本発明の実施形態２であるスナバモジュール２００について説明する。図３はスナバモジュール２００の回路構成を示し、図４はスナバモジュール２００の構造を説明するための図である。図３及び図４において、図１、図２で用いた記号と同じ記号は同じ名称の部材を示すものとする。スナバモジュール２００は、前掲の特許文献２に記載されたマトリクスコンバータのスナバモジュールとして用いるのに適しており、特に前掲の特許文献２の図４に示されるマトリクスコンバータ用の半導体スイッチモジュールのスナバ用として適している。その半導体スイッチモジュールについては参考のために図５に掲げるが、前掲の特許文献２で説明されているので詳しくは説明しない。なお、図４（Ａ）は図４（Ｂ）において下方向から見た図である。
【００２４】
スナバモジュール２００は、基本的には実施形態１のスナバモジュール１００を３個並列接続した構成を有するものである。スナバモジュール２００はカソードコモンダイオード部１と同じ構成のカソードコモンダイオード部１１〜１３、アノードコモンダイオード部２と同じ構造のアノードコモンダイオード部２１〜２３を備える。カソードコモンダイオード部１１〜１３とアノードコモンダイオード部２１〜２３とは外形及び寸法はすべて同じである。図３に示すように、カソードコモンダイオード部１１とアノードコモンダイオード部２１とは、引き出し電極部材６、７と同様な第１、第２の引き出し電極部材６１と７１との間に並列接続されている。カソードコモンダイオード部１２とアノードコモンダイオード部２２とは引き出し電極部材６１と７１と同様な第３、第４の引き出し電極部材６２と７２との間に並列接続され、また、カソードコモンダイオード部１３とアノードコモンダイオード部２３とは引き出し電極部材６１と７１と同様な第５、第６の引き出し電極部材６３と７３との間に並列接続されている。図４に示すように、カソードコモンダイオード部１１〜１３は樹脂ケース５に縦一列に配置されており、また、アノードコモンダイオード部２１〜２３も樹脂ケース５に縦一列に配置されている。カソードコモンダイオード部１１〜１３とアノードコモンダイオード部２１〜２３との間には電気絶縁を確保できる間隔が存在する。なお、端子８’と９’は必ずしも必要でないが、端子８’と９’間に跨ってスナバ用コンデンサ３が接続されると共に、必要があればスナバ用コンデンサ３の充電電荷の放電を適切なタイミングで高速で行うための不図示の放電回路が接続される。実施形態１と同様にスナバ用コンデンサ３の充電電荷の放電を抵抗器で行う場合にはこの端子８’、９’は不要であり、予め前記抵抗器を組み込んでおけばよい。
【００２５】
実施形態１で説明したカソードコモンダイオード部１、アノードコモンダイオード部２と同様に、カソードコモンダイオード部１１は金属ベース部材１１Ａを備え、金属ベース１１Ａは取付け用孔１１ａと１１ｂを有する。アノードコモンダイオード部２１は金属ベース部材２１Ａを備え、金属ベース２１Ａは取付け用孔２１ａと２１ｂを有する。カソードコモンダイオード部１２と１３も同様に、金属ベース１２Ａ、金属ベース１３Ａをそれぞれ備え、またアノードコモンダイオード部２２と２３も同様に、金属ベース２２Ａ、金属ベース２３Ａをそれぞれ備える。そして、図面が複雑となって見難くなるので、金属ベース部材１１Ａ、２１Ａ以外については取付け用孔について記号を付していないが、これら金属ベース部材も金属ベース部材１１Ａ、金属ベース部材２１Ａと同様な取付け用孔を図示のように備える。金属ベース１１Ａの取付け用孔１１ｂ、金属ベース２１Ａの取付け用孔２１ｂは前記ボルトの位置の自由度を高めるために、切り欠いた取付け用孔になっている。取付け用孔１１ａ、２１ａも同様な切り欠いた取付け用孔になっていてもよい。金属ベース１２Ａ、１３Ａ、金属ベース２２Ａ、２３Ａについても同様である。
【００２６】
カソードコモンダイオード部１１〜１３の金属ベース部材１１Ａ、１２Ａ、１３Ａは、小型化の面、及び金属ベース１１Ａの取付け用孔１１ａと１１ｂに対する金属ベース１２Ａ、金属ベース１３Ａの取付け用孔の位置が一定になるという面から互いに当接していた方が好ましいが、必ずしも接触していなくてもよい。アノードコモンダイオード部２１〜２３の金属ベース部材２１Ａ、２２Ａ、２３Ａも同様である。なお、少なくともカソードコモンダイオード部１１〜１３の金属ベース部材１１Ａ〜１３Ａ、及びアノードコモンダイオード部２１〜２３の金属ベース部材２１Ａ〜２３Ａは樹脂ケース５の外側、つまり図４（Ｂ）で樹脂ケース５の外部上側に位置する。なお、この実施形態２においても、樹脂ケース５は必要に応じて用いればよい。
【００２７】
カソードコモンダイオード部１１のアノード端子１１Ｃとアノードコモンダイオード部２１のカソード端子２１Ｃとにそれぞれ設けられている不図示のネジ孔に、第１の引き出し電極部材６１のボルト用孔６１ｂ１、６１ｂ２を位置合わせした上で、ボルト８１、８２をそれら孔に挿入して螺回することによって、第１の引き出し電極部材６１が固定され、かつアノード端子１１Ｃとカソード端子２１Ｃとが電気的に接続される。同様に、カソードコモンダイオード部１１のアノード端子１１Ｄとアノードコモンダイオード部２１のカソード端子２１Ｄとにそれぞれ設けられた不図示のネジ孔に、第２の引き出し電極部材７１のボルト用孔７１ｂ１、７１ｂ２を位置合わせした上で、ボルト８３、８４を挿入して螺回することによって、第２の引き出し電極部材７１が固定され、かつアノード端子１１Ｄとカソード端子２１Ｄとが電気的に接続される。カソードコモンダイオード部１２とアノードコモンダイオード部２２、カソードコモンダイオード部１３とアノードコモンダイオード部２３についても全く同様であるので説明を省略する。また、図面が複雑となって見難くなるので、カソードコモンダイオード部１２とアノードコモンダイオード部２２、カソードコモンダイオード部１３とアノードコモンダイオード部２３のアノード端子、カソード端子については記号を図示していない。このようにして、カソードコモンダイオード部１１〜１３とアノードコモンダイオード部２１〜２３とは、樹脂ケース５の側壁から延びる引き出し電極部材６１〜６３、７１〜７３の対応するもの、つまり、カソードコモンダイオード部１１とアノードコモンダイオード部２１とは引き出し電極部材６１、７１に、カソードコモンダイオード部１２とアノードコモンダイオード部２２とは引き出し電極部材６２、７２に、カソードコモンダイオード部１３とアノードコモンダイオード部２３とは引き出し電極部材６３と７３に機械的結合及び電気的接続が行われる。
【００２８】
次に、断面がＬ字状に折り曲げられている第１の幅広導体８が金属ベース部材１１Ａ〜１３Ａに固定される。Ｌ字状の幅広導体８は、図４（Ａ）のように金属ベース部材１１Ａ〜１３Ａを配置したときに、金属ベース部材１１Ａ〜１３Ａの両端の間隔にほぼ等しい長さを有すると共に、金属ベース部材１１Ａ〜１３Ａの幅、つまり図４（Ｂ）において金属ベース部材１１Ａの左右方向の幅とほぼ同程度の幅を有する。実施形態２では、図４（Ａ）に示すように、カソードコモンダイオード部１１〜１３の金属ベース部材１１Ａ〜１３Ａが互いに当接しており、それら金属ベース部材１１Ａ〜１３Ａの大きさはほぼ等しいので、金属ベース部材１１Ａの取付け用孔１１ａと１１ｂに対する金属ベース部材１２Ａ、金属ベース部材１３Ａの取付け用孔の間隔は予め決められた値であり、幅広導体８の平坦部分８Ａにはその間隔で貫通孔が設けられている。したがって、これら貫通孔が金属ベース部材１１Ａの取付け用孔１１ａと１１ｂに合致するように幅広導体８を金属ベース部材１１Ａ〜１３Ａの上に載せれば、他の貫通孔も金属ベース部材１２Ａ、１３Ａの取付け用孔に合致する。この状態でボルトを前記貫通孔を通して金属ベース部材１１Ａ〜１３Ａの取付け用孔に螺合させることによって、幅広導体８を金属ベース部材１１Ａ〜１３Ａに強固に固定することができる。例えば図４（Ｂ）では、ボルト９１を前記貫通孔を通して金属ベース部材１１Ａの取付け用孔１１ａに螺合させており、同様に他の貫通孔を通して金属ベース部材１１Ａの取付け用孔１１ｂに不図示のボルトを螺合させる。なお、前記ボルトに螺合するナットについては図示するのを省略している。
【００２９】
第１の幅広導体８と同様に断面がＬ字状に折り曲げられている第２の幅広導体９は金属ベース部材２１Ａ〜２３Ａに固定される。Ｌ字状の幅広導体９は、図４（Ａ）のように金属ベース部材２１Ａ〜２３Ａを配置したときに、金属ベース部材２１Ａ〜２３Ａの両端の間隔にほぼ等しい長さを有すると共に、金属ベース部材２１Ａ〜２３Ａの幅、つまり図４（Ｂ）において金属ベース部材２１Ａの左右方向の幅とほぼ同程度の幅を有する。図４（Ａ）に示すように、カソードコモンダイオード部２１〜２３の金属ベース部材２１Ａ〜２３Ａが互いに当接しているので、金属ベース部材１１Ａの取付け用孔２１ａと２１ｂに対する金属ベース部材２２Ａ、金属ベース部材２３Ａの取付け用孔の間隔は予め決められた値であり、幅広導体９の平坦部分９Ａにはその間隔で貫通孔が設けられている。したがって、幅広導体８の場合と同様にボルト９２などを用いて幅広導体９を金属ベース部材１１Ａ〜１３Ａに固定することができる。なお、幅広導体８、９の幅を特に限定する必要は無い。
【００３０】
前述からも分かるように、幅広導体８は電気的には図３のカソードコモンラインＫＬの働きを行い、幅広導体９は電気的には図３のアノードコモンラインＡＬの働きを行う。そして、第１、第２の幅広導体８、９の起立部分８Ｂ、９Ｂは図３における端子８’９’の働きを行う。したがって、幅広導体８、９の起立部分８Ｂ、９Ｂにスナバ用コンデンサ３が接続される。その接続はハンダ付け、あるいは通常のハトメを用いてボルトとナットとで固定されてもよい。また、スナバ用コンデンサ３が１個の場合には背高が高くなるので、複数個のスナバ用コンデンサを用いればそれぞれのコンデンサは小型になり、例えば小型の３個のコンデンサを並列に幅広導体８、９の起立部分８Ｂ、９Ｂに接続すれば、このスナバモジュール２００の背高を低くできる。幅広導体８、９の起立部分８Ｂ、９Ｂは図３における端子８’９’も兼ねるので、図示しない放電回路の端子が接続し易いような構造になっていても勿論構わない。
【００３１】
なお、スナバ用コンデンサ３の大きさに応じて、幅広導体８、９の起立部分８Ｂ、９Ｂの間隔を変えてもよい。このような構成にすることによって、配線インダクタンスを低減することができる。また、スナバ用コンデンサ３をカソードコモンダイオード部１とアノードコモンダイオード部２との間に形成された空間に搭載するようにしてもよい。このような構成にすることによって、スナバモジュール２００全体の小型化が可能となる。なお、スナバモジュール１００においても同様な構成が可能である。
【００３２】
以上述べたようなスナバモジュール２００は、図５に示す半導体スイッチモジュールＳＭの６個の端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６に図示しないボルトなどによって簡単に固定される。例えば、引き出し電極部材６１は端子Ｔ１に、引き出し電極部材６２は端子Ｔ２に、引き出し電極部材６３は端子Ｔ３に、また、引き出し電極部材７１は端子Ｔ４に、引き出し電極部材７２は端子Ｔ５に、引き出し電極部材７３は端子Ｔ６にそれぞれ固定され、電気的に接続される。なお、ＧＴは、複数の双方向性半導体スイッチを駆動するゲート端子である。
【００３３】
図６に、スナバモジュール２００を半導体スイッチモジュールＳＭに接続した回路図を示す。この実施例では、半導体スイッチモジュールＳＭの端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、それぞれ、三相交流電源のＲ、Ｓ、Ｔ相に接続され、端子Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６は、それぞれ、三相交流負荷のＵ、Ｖ、Ｗ相に接続されている。Ｑ１１〜Ｑ１９は、それぞれ２個のＩＧＢＴを並列接続した双方向性半導体スイッチであり、実施形態１で説明した双方向性半導体スイッチＱと同様な構成である。９つの双方向性半導体スイッチＱ１１〜Ｑ１９を３つの双方向性半導体スイッチにより構成された３組の双方向性半導体スイッチＱ１１〜Ｑ１３、Ｑ１４〜Ｑ１６、Ｑ１７〜Ｑ１９に分け、各組の３つの入力端子をそれぞれＲ、Ｓ、Ｔ相に接続し、３つの出力端子を結合した各組１つの出力端子をそれぞれＵ、Ｖ、Ｗ相に接続している。なお、スナバモジュール２００及び半導体スイッチモジュールＳＭの回路動作については、従来と同様であるので説明を省略する。
【００３４】
以上述べた実施形態１、２のスナバモジュールのカソードコモンダイオード部、アノードコモンダイオード部ではそれぞれ２個のダイオードを用いたが、４個又は６個など偶数個のダイオードを用いても勿論よい。また、アノード端子、例えばアノード端子１Ｃと１Ｄ、カソード端子、例えばカソード端子２Ｃと２Ｄの構造は特に限定されず、ハンダ付けによって引き出し電極部材に固定されてもよい。また、スナバモジュールのカソードコモンダイオード部、アノードコモンダイオード部の金属ベース部材１Ａと２Ａ、１１Ａ〜１３Ａ、２１Ａ〜２３Ａは抵抗溶接によって対応する引き出し電極部材に固定されてもよい。特に、図示しないコンデンサに蓄えたエネルギーを短時間（例えば１０〜２０ｍｓ程度）で放電して、パルス状電流を前記金属ベース部材と前記引き出し電極部材との間に流して抵抗溶接を行うスポット溶接法によれば、溶接時に発生する熱がほとんど拡散されないので、ダイオード素子に悪影響を与えることがなく、好ましい。勿論、ハンダ付けなどによっても互いに固定と接続とを行うことができる。このような溶接又はハンダ付けによる場合には、各金属ベース部材の取付け用孔、例えば金属ベース部材１１Ａの取付け用孔１１ａ、１１ｂは不要である。
【００３５】
また、幅広導体８、９は基本的には断面がＬ字状に折り曲げられている構造が好ましいが、幅広導体８、９の熱膨張又は収縮が幅広導体８、９の材質、厚みなどの条件によってカソードコモンダイオード部、アノードコモンダイオード部に悪影響を与える場合には、それぞれの前記金属ベース部材と幅広導体８、９との固定に邪魔にならないように、幅広導体８、９の起立部分８Ｂ、９Ｂから起立部分８Ａ、９Ａの幅方向に延びる微小なスリットを必要な本数備えていてもよい。このようにすることによって、幅広導体８、９から前記金属ベース部材に与えられる応力を緩和することができる。また、実施形態２のスナバモジュール２００でも、樹脂ケース５内に位置するアノード端子、カソード端子と対応する引き出し電極部材との固定部をエポキシ樹脂のような電気絶縁樹脂でモールドしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態１に係るスナバモジュール１００の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るスナバモジュール１００の構造を示す図である。
【図３】本発明の実施形態２に係るスナバモジュール２００の回路構成を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２に係るスナバモジュール２００の構造を示す図である。
【図５】本発明のスナバモジュールが接続される半導体スイッチモジュールの一例を示す図である。
【図６】本発明に係る実施形態２のスナバモジュール２００を半導体スイッチモジュールＳＭに接続した回路図構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・カソードコモンダイオード部
１Ａ・・・金属ベース部材
１Ｂ・・・電気絶縁材料
１Ｃ、１Ｄ・・・アノード端子
２・・・アノードコモンダイオード部
２Ａ・・・金属ベース部材
２Ｂ・・・電気絶縁材料
２Ｃ、２Ｄ・・・カソード端子
３・・・スナバ用コンデンサ
４・・・抵抗器
５・・・樹脂ケース
６、７・・・引き出し電極部材
６Ａ、７Ａ・・・取付け部
６Ｂ、７Ｂ・・・接続部
６ａ、７ａ・・・長孔
８’、９’・・・端子
８、９・・・第１、第２の幅広導体
１０・・・インバータ回路又はスイッチ回路
１１〜１３・・・カソードコモンダイオード部
１１Ａ〜１３Ａ・・・金属ベース部材
１１Ｃ、１１Ｄ・・・カソードコモンダイオード部１１のアノード端子
１１ａ、１１ｂ・・・カソードコモンダイオード部１１の取付け用孔
２１〜２３・・・アノードコモンダイオード部
２１Ａ〜２３Ａ・・・金属ベース部材
２１Ｃ、２１Ｄ・・・アノードコモンダイオード部２１のカソード端子
２１ａ、２１ｂ・・・アノードコモンダイオード部２１の取付け用孔
６１〜６３・・・引き出し電極部材
６１ｂ１、６１ｂ２・・・引き出し電極部材６１のボルト用孔
７１〜７３・・・引き出し電極部材
７１ｂ１、７１ｂ２・・・引き出し電極部材７１のボルト用孔
８１〜８４・・・ボルト
９１、９２・・・ボルト
１００、２００・・・スナバモジュール
Ｑ・・・双方向性半導体スイッチ
Ｄ１〜Ｄ４・・・ダイオード
ＳＭ・・・半導体スイッチモジュール
ＧＴ・・・ゲート端子
Ｔ１〜Ｔ６・・・端子
Ｑ１１〜Ｑ１９・・・双方向性半導体スイッチ
【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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