(57)【要約】【課題】インバータ装置のインバータユニットが、半導体素子群とコンデンサや制御基板等の部品とで構成されていても、各インバータユニットを１つのヒートシンクに搭載してインバータ装置を小型化できる電力変換装置を得ることである。【解決手段】インバータサブユニットを形成する２つの半導体素子ブロックを、覆体の壁部と平行な方向に並べてヒートシンクに載置し、コンデンサ基板を、その板面が、２つの半導体素子ブロックが並んだ方向と略平行で、ヒートシンクに対して略垂直になるように、２つの半導体素子ブロックの横のヒートシンクの面に設置している。【選択図】図３
2013013168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータメインと、上記インバータメインと電気的に接続したインバータサブと、上記インバータサブと電気的に接続したフィルタリアクトルとを有し、
上記インバータサブが、３つのインバータサブユニットと、上記３つのインバータサブユニットを一緒に搭載するヒートシンクと、上記ヒートシンクの周囲を囲んで設置された枠体と、天井部と上記天井部の両端から同方向で且つ略垂直に延在する２つの壁部と上記天井部の下方で両方の上記壁部と接合している棚部とでなり、且つ上記壁部における上記天井部と反対側の端部が上記枠体と接合している覆体とを有し、
上記３つのインバータサブユニットが、上記壁部の面に対して垂直な方向に並んで配置されており、
上記インバータサブユニットを形成する２つの半導体素子ブロックが、上記壁部の面と平行な方向に並んで上記ヒートシンクに載置されており、
上記インバータサブユニットを形成するコンデンサ基板が、その板面を、上記２つの半導体素子ブロックが並んだ方向と略平行で、上記ヒートシンクの面に対して略垂直にして、上記２つの半導体素子ブロックの横の上記ヒートシンクの面に設置されており、
上記インバータサブユニットを形成する２つのゲート基板が、積み重ねられた積層体の状態で、上記棚部に設置されており、
上記覆体が、３つの上記インバータサブユニットを形成する、上記半導体素子ブロックと上記コンデンサ基板と上記ゲート基板との全てを覆っており、且つ上記２つの半導体素子ブロックの整列方向の面が開口しているインバータ装置を備えた電力変換装置。
【請求項２】
上記インバータサブユニットの一方の半導体素子ブロックにおける覆体の開口側に端子を有し、上記インバータサブユニットの他方の半導体素子ブロックにおける上記覆体の開口側にコネクタを有するインバータ装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記端子にフィルタリアクトルからの導体を接続し、上記コネクタにインバータメインに設けられたコネクタを接続したインバータ装置を備えたことを特徴とする請求項２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、直流から交流、もしくは交流から交流に電力を変換する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直流から交流、もしくは交流から交流に電力を変換する電力変換装置には、直流を入力して正弦波交流に変換するインバータ装置を備えている。インバータ装置は、複数のスイッチング素子、すなわち半導体素子群で形成され、各スイッチング素子は、冷却フィンを備えたヒートシンクに設置され、発生する熱を放熱している。
また、インバータ装置は、スイッチング素子群を有するインバータユニットで構成されており、３相の交流出力に対応するため、３つのインバータユニットが用いられている。
【０００３】
一般的にインバータ装置は、インバータユニットを形成する半導体素子群が、インバータユニットごとに、１つのヒートシンクに設置されている。
しかし、ヒートシンクへの半導体素子の実装工程を低減するため、３つのインバータユニットを形成する全ての半導体素子群を１つのヒートシンクに搭載し、半導体素子群を一体化したインバータ装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４７９５５号公報（第２頁、第４図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のインバータ装置では、各インバータユニットを形成する半導体素子群が、１つのヒートシンクに設置されている。しかし、インバータユニットには、半導体素子群のみならず、コンデンサやスイッチング素子を制御するための基板等の部品も含まれており、これらを考慮すると、３相の交流出力に対応した３つのインバータユニットを、１つのヒートシンクに搭載しても、インバータ装置の小型化、すなわち、インバータ装置を備えた電力変換装置の小型化は図れないとの問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、３相分まとめて１つのヒートシンクに搭載されたインバータユニットが、半導体素子群とコンデンサや制御基板等の部品とで構成されていても、インバータ装置を小型化でき、全体の小型化が可能な電力変換装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係わる電力変換装置は、インバータメインと、インバータメインと電気的に接続したインバータサブと、インバータサブと電気的に接続したフィルタリアクトルとを有し、インバータサブが、３つのインバータサブユニットと、３つのインバータサブユニットを一緒に搭載するヒートシンクと、ヒートシンクの周囲を囲んで設置された枠体と、天井部と天井部の両端から同方向で且つ略垂直に延在する２つの壁部と天井部の下方で両方の壁部と接合している棚部とでなり、且つ壁部における天井部と反対側の端部が枠体と接合している覆体とを有し、３つのインバータサブユニットが、壁部の面に対して垂直な方向に並んで配置されており、インバータサブユニットを形成する２つの半導体素子ブロックが、壁部の面と平行な方向に並んでヒートシンクに載置されており、インバータサブユニットを形成するコンデンサ基板が、その板面を、２つの半導体素子ブロックが並んだ方向と略平行で、ヒートシンクの面に対して略垂直にして、２つの半導体素子ブロックの横のヒートシンクの面に設置されており、インバータサブユニットを形成する２つのゲート基板が、積み重ねられた積層体の状態で、棚部に設置されており、覆体が、３つのインバータサブユニットを形成する、半導体素子ブロックとコンデンサ基板とゲート基板との全てを覆っており、且つ２つの半導体素子ブロックの整列方向の面が開口しているインバータ装置を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係わる電力変換装置は、インバータメインと、インバータメインと電気的に接続したインバータサブと、インバータサブと電気的に接続したフィルタリアクトルとを有し、インバータサブが、３つのインバータサブユニットと、３つのインバータサブユニットを一緒に搭載するヒートシンクと、ヒートシンクの周囲を囲んで設置された枠体と、天井部と天井部の両端から同方向で且つ略垂直に延在する２つの壁部と天井部の下方で両方の壁部と接合している棚部とでなり、且つ壁部における天井部と反対側の端部が枠体と接合している覆体とを有し、３つのインバータサブユニットが、壁部の面に対して垂直な方向に並んで配置されており、インバータサブユニットを形成する２つの半導体素子ブロックが、壁部の面と平行な方向に並んでヒートシンクに載置されており、インバータサブユニットを形成するコンデンサ基板が、その板面を、２つの半導体素子ブロックが並んだ方向と略平行で、ヒートシンクの面に対して略垂直にして、２つの半導体素子ブロックの横のヒートシンクの面に設置されており、インバータサブユニットを形成する２つのゲート基板が、積み重ねられた積層体の状態で、棚部に設置されており、覆体が、３つのインバータサブユニットを形成する、半導体素子ブロックとコンデンサ基板とゲート基板との全てを覆っており、且つ２つの半導体素子ブロックの整列方向の面が開口しているインバータ装置を備えたものあり、電力変換装置の小型化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係わる電力変換装置を構成するインバータ装置の回路図である。
【図２】図１に示した回路構成のインバータ装置における従来のインバータサブに用いられるインバータサブユニットを示す、正面模式図（ａ）と、Ａ−Ａ断面模式図（ｂ）と、Ｂ−Ｂ断面模式図（ｃ）とである。
【図３】本発明の実施の形態１に係わる電力変換装置を構成するインバータ装置のインバータサブを示す、正面模式図（ａ）と、Ｃ−Ｃ断面模式図（ｂ）と、Ｄ−Ｄ断面模式図（ｃ）とである。
【図４】本発明の実施の形態２に係わる電力変換装置を構成するインバータ装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる電力変換装置を構成するインバータ装置の回路図である。
図１に示すように、本実施の形態の電力変換装置におけるインバータ装置は、インバータメイン１と、インバータメイン１と導体で電気的に接続されたインバータサブ２とを備えており、インバータメイン１は１つのユニットで構成されており、インバータサブ２は、３つのインバータサブユニット３で構成されている。
また、各インバータサブユニット３は、フィルタリアクトル４とも導体で電気的に接続されている。
【００１１】
また、１つのインバータサブユニット３は、２つの半導体素子ブロック５と各半導体素子ブロック５に接続されたコンデンサとを備えている。そして、各半導体素子ブロック５は、４つのトランジスタと各トランジスタに逆並列に接続されたダイオードとでなる４つの半導体素子対で形成されている。
この他の２つのインバータサブユニット３も同様である。
【００１２】
図２は、図１に示した回路構成のインバータ装置における従来のインバータサブに用いられるインバータサブユニットを示す、正面模式図（ａ）と、Ａ−Ａ断面模式図（ｂ）と、Ｂ−Ｂ断面模式図（ｃ）とである。
従来のインバータサブは、各インバータサブユニットが別々になっており、図２は、その内の１つのインバータサブユニット２３を示している。
【００１３】
図２に示すように、従来のインバータサブユニット２３は、フィンを有するヒートシンク２０に、単独で搭載されている。
残りの２つのインバータサブユニットの各々も、ヒートシンク２０に、単独で搭載されている。
また、従来の１つのインバータサブユニット２３は、２つの半導体素子ブロック５とコンデンサ基板６と枠体２７と覆体２８とゲート基板９とを備えている。
【００１４】
枠体２７は、板状であり、ヒートシンク２０の周囲を囲んで設置されている。
覆体２８は、天井部２８ａと天井部２８ａの両端から、同方向で、且つ略垂直に延在する２つの壁部２８ｂとを有し、２つの壁部２８ｂにおける天井部２８ａと反対側の端部が、枠体２７と接合している。
ゲート基板９は、覆体２８の、天井部２８ａの外表面と１つの壁部２８ｂの外表面の各々に、設置されている。
【００１５】
２つの半導体素子ブロック５は、覆体２８の壁部２８ｂの面に対して略垂直な方向に並んで、ヒートシンク２０に載置されている。
コンデンサ基板６は、矩形状の板状体であり、板面が、２つの半導体素子ブロック５が並んだ方向と略平行で、ヒートシンク２０の面に対して略垂直になるように、ヒートシンク２０における２つの半導体素子ブロック５の後方に設置されている。
【００１６】
すなわち、コンデンサ基板６は、その幅方向を覆体２８の壁部２８ｂの面に対して垂直な方向とし、ヒートシンク２０の面から突出するようにして、ヒートシンク２０の面に設置されている。
また、コンデンサ基板６は、コンデンサが搭載されるので、厚さが厚くなっている。
また、覆体２８は、２つの半導体素子ブロック５とコンデンサ基板６とを覆っている。
他の２つのインバータサブユニットも同様である。
【００１７】
図１に示す回路構成のインバータにおける、従来のインバータサブユニットは、上記のような構造であるので、３つのインバータサブユニットを１つのヒートシンクに、何ら工夫することなしに搭載しても、図２に示すように、覆体２８の壁部２８ｂ間にあるコンデンサ基板６の幅が広いとともに、覆体２８の壁部２８ｂの外側にゲート基板９が設置されているので、ヒートシンクを小さくすることができず、インバータサブを小型化することができない。
すなわち、インバータ装置およびこのインバータ装置を用いた電力変換装置を小型化することができない。
【００１８】
図３は、本発明の実施の形態１に係わる電力変換装置を構成するインバータ装置のインバータサブを示す、正面模式図（ａ）と、Ｃ−Ｃ断面模式図（ｂ）と、Ｄ−Ｄ断面模式図（ｃ）とである。
図３に示すインバータサブは、図１の回路図に示したインバータサブ２である。
【００１９】
図３に示すように、本実施の形態のインバータサブ２は、３つのインバータサブユニット３を、フィンを有する１つのヒートシンク１０に搭載して形成されている。
インバータサブユニット３は、２つの半導体素子ブロック５と１つのコンデンサ基板６と２つのゲート基板９を備えている。
すなわち、インバータサブ２は、３つのインバータサブユニット３に対応した、６つの半導体素子ブロック５と３つのコンデンサ基板６と６つのゲート基板９、および、枠体７と覆体８とを備えている。
【００２０】
枠体７は、板状であり、ヒートシンク１０の周囲を囲んで設置されている。
覆体８は、天井部８ａと天井部８ａの両端から、同方向で、且つ略垂直に延在する２つの壁部８ｂと、天井部８ａの下方で両方の壁部８ｂと接合している棚部８ｃとを有し、２つの壁部８ｂにおける天井部８ａと反対側の端部が、枠体７と接合している。
ゲート基板９は、１つのインバータサブユニットに用いられる２つが積み重ねられた積層体となっており、３つのインバータサブユニット３に対応した３組のゲート基板積層体９ａが、壁部間の方向に並んで棚部８ｃに設置されている。
【００２１】
各インバータサブユニット３は、壁部８ｂの面に対して垂直な方向に並んで配置されている。
各インバータサブユニット３における２つの半導体素子ブロック５は、覆体８の壁部８ｂの面と平行な方向に並んで、ヒートシンク１０に載置されている。
各コンデンサ基板６は、矩形状の板状体であり、板面が、各インバータサブユニット３の２つの半導体素子ブロック５が並んだ方向と略平行で、ヒートシンク１０の面に対して略垂直方向になるようにして、対応するインバータサブユニット３における２つの半導体素子ブロック５の横（図３（ａ）では右横）のヒートシンク１０の面に設置されている。
【００２２】
すなわち、各コンデンサ基板６は、その幅方向を、覆体８の壁部８ｂの面と略平行な方向とし、ヒートシンク１０の面から突出するようにして、ヒートシンク１０の面に設置されている。
また、各コンデンサ基板６は、コンデンサが搭載されるので、厚さが厚くなっている。
また、覆体８は、３つのインバータサブユニット３を形成する、６つの半導体素子ブロック５と３つのコンデンサ基板６と６つのゲート基板とを覆っており、２つの半導体素子ブロック５の整列方向の面が開口している。
【００２３】
本実施の形態のインバータ装置のインバータサブ２は、各々のインバータサブユニット３を形成する２つの半導体素子ブロック５が、覆体８の壁部８ｂの面と平行な方向に並んでおり、各コンデンサ基板６が、２つの半導体素子ブロック５と並ぶとともに、その幅方向が覆体８の壁部８ｂの面と略平行な方向となっており、３組のゲート基板積層体９ａが、覆体８の棚部８ｃに設置されているので、３つのインバータサブユニットを１つの小さいヒートシンクに搭載でき、インバータサブの小型化を可能にするので、インバータ装置およびこのインバータ装置を用いた電力変換装置を小型化できる。
【００２４】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係わる電力変換装置を構成するインバータ装置のブロック図である。
図４に示すように、本実施の形態のインバータ装置のインバータサブ３２は、各インバータサブユニットにおける２つの半導体素子ブロックの、各一方の半導体素子ブロック５に端子１１を設け、各他方の半導体素子ブロック５にコネクタ１３を設けた以外、実施の形態１のインバータサブ２と同様である。
【００２５】
本実施の形態のインバータサブ３２も、実施の形態１のインバータサブ２と同様に、インバータサブ３２の覆体は、各インバータサブユニットを形成する２つの半導体素子ブロック５の整列方向には壁部がなく、開口している。
そこで、図４に示すように、端子１１は、２つの半導体素子ブロック５の一方の半導体素子ブロック５における覆体の開口側に設けられており、コネクタ１３は、２つの半導体素子ブロック５の他方の半導体素子ブロック５における覆体の開口側に設けられている。
【００２６】
本実施の形態では、インバータサブ３２が上記のような構造になっているので、図４に示すように、インバータサブ３２の端子１１の各々を、フィルタリアクトル４からの導体１２との接続に用いると、導体１２を短くでき、導体１２の発熱を減らすことが可能となり、電力変換装置を構成するインバータ装置の効率を向上することができる。
また、インバータサブ３２のコネクタ１３の各々を、インバータメイン３１のコネクタ１４との接続に用いると、インバータサブ３２とインバータメイン３１とを接続する導体を無くすことができ、導体の発熱を減らすことが可能となり、電力変換装置を構成するインバータ装置の効率を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明に係わる電力変換装置は、構成するインバータ装置におけるインバータサブが、１つのヒントシンクに搭載されているものであり、小型化が要求される電力変換装置に用いることができる。
【符号の説明】
【００２８】
１  インバータメイン、２  インバータサブ、３  インバータサブユニット、
４  フィルタリアクトル、５  半導体素子ブロック、６  コンデンサ基板、７  枠体、
８  覆体、８ａ  天井部、８ｂ  壁部、８ｃ  棚部、９  ゲート基板、
９ａ  ゲート基板積層体、１０  ヒートシンク、１１  端子、１２  導体、
１３  コネクタ、１４  コネクタ、２３  インバータサブユニット、２７  枠体、
２８  覆体、２８ａ  天井部、２８ｂ  壁部、２０ヒートシンク、
３１  インバータメイン、３２  インバータサブ。
【図１】
2013013168.tif 000003
【図２】
2013013168.tif 000004
【図３】
2013013168.tif 000005
【図４】
2013013168.tif 000006