(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負極箔及び正極箔を絶縁スペーサで挟んで巻回してなる電極ロールと、前記電極ロールを収容する筒形金属缶からなるケ−スと、内端部が前記両箔に個別に接合されて他端部が前記ケ−スの端面に露出する正極端子及び負極端子とを備え、前記電極ロール及びケースは扁平缶形状を有し、前記正極端子及び負極端子は前記ケ−スの厚さ方向と直角な方向に互いに所定間隔を隔ててそれぞれ複数配設される筒形コンデンサと、
複数の半導体モジュ−ルを所定の基板上に実装してなる三相インバータ回路と、
一主面が前記半導体モジュ−ルに接して前記半導体モジュ−ルの熱を吸収する板状の冷却部材とを備え、
前記筒形電解コンデンサは、前記基板と対向する位置にて前記基板と平行する姿勢で配置され前記冷却部材の他主面に接することを特徴とする三相インバータ回路装置。
【請求項２】
請求項１記載の三相インバータ回路装置において、
前記筒形電解コンデンサの平坦な外表面の筒長方向及び厚さ方向と直角な幅の寸法は、前記筒形電解コンデンサの前記幅方向における前記各半導体モジュ−ルの全幅と略等しく設定されることを特徴とする三相インバータ回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筒形電解コンデンサ及びそれを用いた三相インバータ回路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
三相交流モ−タを駆動制御する従来の三相インバータ回路は、たとえば特開平２ー２９４２７８号公報に記載されるように、正負直流電源ラインに放出されるスイッチングノイズ電圧を吸収するために、この三相インバータ回路の正負直流電源端間に一個乃至複数の平滑コンデンサを並列接続することが一般的である。この種の平滑コンデンサとしては、大きな体積当たりの容量を確保できる電解コンデンサを採用することが一般的である。
【０００３】
実開平４−４５２３３号公報は電解コンデンサの形状を扁平筒形とすることを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の三相インバータ回路装置において、平滑コンデンサとして通常の円筒型電解コンデンサを用いると、この平滑コンデンサの必要スペ−スが大きくなり、装置体格が大型化するため、車両用など回路装置収容スペ−スに対する制限が大きい用途では十分にコンデンサ容量を確保することができず、電源ラインに重畳するスイッチングノイズ電圧を低減できないという問題があった。
【０００５】
また、三相インバータ回路を高速スイッチングすると、スイッチングによる交流電力が増大し、平滑コンデンサの抵抗発熱による温度上昇が増大するという問題もあった。
【０００６】
扁平筒形のケ−スに扁平に形成した電極ロールを収容することにより平滑コンデンサの放熱性を向上させ、かつ、円筒型コンデンサに比較してアイドルスペ−スを減らせる可能性があるが、このようにすると、平滑コンデンサの正極端子及び負極端子と負極箔及び正極箔との平均距離が増大することになり、コンデンサの内部抵抗がその分だけ増大して、その抵抗損失によりコンデンサの温度上昇が一層増大するという問題が生じることがわかった。
【０００７】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、平滑コンデンサの内部温度上昇の増加を抑止しつつ回路装置のコンパクト化を実現可能な筒形電解コンデンサ及びそれを用いた三相インバータ装置を提供することをその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１記載の本発明は、負極箔及び正極箔を絶縁スペーサで挟んで巻回してなる電極ロールと、前記電極ロールを収容する筒形金属缶からなるケ−スと、内端部が前記両箔に個別に接合されて他端部が前記ケ−スの端面に露出する正極端子及び負極端子とを備え、前記電極ロール及びケースは扁平缶形状を有する筒形電解コンデンサにおいて、前記正極端子及び負極端子は、前記ケ−スの厚さ方向と直角な方向に互いに所定間隔を隔ててそれぞれ複数配設されることを特徴としている。
【０００９】
本構成によれば、筒形電解コンデンサは、ケ−ス及び電解コンデンサとも扁平に形成されるため、そのケ−スの外表面と中心との間の伝熱距離が減少するのでその放熱性は向上する。
【００１０】
ただ、このような扁平筒形のコンデンサでは、負極箔及び正極箔の１巻き当たりの周長が増加するために、正極端子と負極端子との間の箔内の電流経路の距離が増大し、電極抵抗が増大し、抵抗損失が増大する。
【００１１】
そこで本構成によれば、正極端子及び負極端子は互いに幅方向に所定間隔を隔ててそれぞれ複数配設する。これにより、扁平筒形コンデンサの上記箔内の電流経路の距離を格段に短縮して電極抵抗を低減することができ、抵抗損失及び内部発熱を低減して、効率向上と冷却負担の軽減を実現することができる。
【００１２】
請求項１記載の本発明は更に、複数の半導体モジュ−ルを所定の基板上に実装してなる三相インバータ回路と、一主面が前記半導体モジュ−ルに接して前記半導体モジュ−ルの熱を吸収する板状の冷却部材と、前記基板と対向する位置にて前記基板と平行する姿勢で配置され前記冷却部材の他主面に接する上記筒形電解コンデンサとを備えることを特徴としている。
【００１３】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の三相インバータ回路装置において更に、前記筒形電解コンデンサの平坦な外表面の筒長方向及び厚さ方向と直角な幅の寸法は、前記筒形電解コンデンサの前記幅方向における前記各半導体モジュ−ルの全幅と略等しく設定されることを特徴としている。
【００１４】
なおここでいう「略等しい」とは、８０〜１２０％の範囲を意味する。
【００１５】
本構成によれば、装置の全幅を低減でき、また、各半導体モジュールと平滑コンデンサとの間の距離を減少して平滑コンデンサの上記ヒ−トシンク時の伝熱抵抗を低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の筒形電解コンデンサを用いた三相インバータ装置の好適な実施態様を図面を参照して以下説明する。
【００１７】
（回路構成）
この三相インバータ回路装置の回路構成を図１に示す。
【００１８】
１は電池、２〜７はそれぞれ、その寄生ダイオ−ドをフライホイルダイオ−ドとして利用するＮＭＯＳＴが形成された半導体チップである。半導体チップ２、３のペアはＵ相の単相インバ−タ回路１００を構成し、半導体チップ４、５のペアはＶ相の単相インバ−タ回路２００を構成し、半導体チップ６、７のペアはＷ相の単相インバ−タ回路３００を構成している。各単相インバ−タ回路１００、２００、３００はそれぞれ個々にモジュ−ル化されて半導体モジュ−ル３０、４０、５０となっている。
【００１９】
１０１はＵ相の単相インバ−タ回路１００の正の直流電源端子、１０２はＵ相の単相インバ−タ回路１００の負の直流電源端子、１０３はＵ相の単相インバ−タ回路１００の交流出力端子である。
【００２０】
２０１はＶ相の単相インバ−タ回路２００の正の直流電源端子、２０２はＶ相の単相インバ−タ回路２００の負の直流電源端子、２０３はＶ相の単相インバ−タ回路２００の交流出力端子である。
【００２１】
３０１はＷ相の単相インバ−タ回路３００の正の直流電源端子、３０２はＷ相の単相インバ−タ回路３００の負の直流電源端子、３０３はＷ相の単相インバ−タ回路３００の交流出力端子である。
【００２２】
各正の直流電源端子１０１、２０１、３０１は、平滑コンデンサ８の正極端子とともに電池１の正極端子に接続され、各負の直流電源端子１０２、２０２、３０２は、平滑コンデンサ８の負極端子とともに電池１の負極端子に接続され、各交流出力端子１０３、２０３、３０３は三相交流モ−タ９に給電している。
【００２３】
１０はコントロ−ラであり、各ＩＧＢＴのゲ−ト電極に制御電圧を出力するとともに各ＩＧＢＴの温度検出などを行っている。この三相インバータ回路及び平滑コンデンサ８の動作自体は周知であり、説明を省略する
（半導体モジュ−ル構成）
Ｕ相の単相インバ−タ回路１００をモジュ−ル化してなる半導体モジュ−ル３０を図２に示す。
【００２４】
１０５は交流出力端子１０３を有する金属伝熱板、１０６は正の直流電源端子１０１を有する金属伝熱板、１０７は負の直流電源端子１０２を有する金属伝熱板、１１、１２は金属スペ−サ、１０８は半導体チップ２、３の制御電極端子である。
【００２５】
半導体チップ２は金属伝熱板１０６上に、半導体チップ３は金属伝熱板１０５上にはんだ付けされ、これら半導体チップ２、３上に金属スペ−サ１１、１２がはんだ付けされ、金属スペ−サ１１には金属伝熱板１０７が、金属スペ−サ１２には金属伝熱板１０５がはんだ付けされている。金属スペ−サ１１、１２は、半導体チップ２、３の制御電極端子１０８と半導体チップ２、３の制御電極面（図示せず）とをワイヤボンディングするための厚さ方向スペ−スを確保するために介設されている。
【００２６】
最終的に、この単相インバ−タ回路１００は樹脂モ−ルドにより、金属伝熱板１０５〜１０７の外主面を露出させ、端子１０１〜１０３を突出させた状態で封止されて半導体モジュ−ルとされている。
【００２７】
半導体モジュ−ル４０、５０は半導体モジュ−ル３０と同一構造を有するので、説明を省略する。
【００２８】
（平滑コンデンサ８の構成）
平滑コンデンサ８は、図３に示すように扁平筒形に形成されている。
【００２９】
８０は深絞り加工により形成された扁平筒形の一端開口のアルミ合金製のケ−スであり、内部に扁平柱形の電極ロール（図示せず）を収容している。電極ロ−ルは電解液が含浸された２枚の多孔性スペ−サと、これら多孔性スペ−サにより互いに隔てられた負極箔及び正極箔とを扁平に巻き取ることにより形成されている。電極ロール自体は周知であり、詳細説明は省略する。
【００３０】
ケ−ス８０の開口は蓋板８１により閉鎖されている。蓋板８１は、絶縁樹脂板からなり４つの孔を有している。これら孔には２つの正極端子８２及び２つの負極端子８３が貫設、固定されている。これら正極端子８２、負極端子８３は、図３中、左右方向に所定間隔を隔てて配設されている。
【００３１】
正極端子８２及び負極端子８３には、ケ−ス８０内にて金属製の多数のリ−ドの一端が溶接されており、正極端子８２から延設される各リ−ドは電極ロールの巻き取り前に上記電極ロールの正極箔の表面に溶接され、負極端子８３から延設される各リ−ドは電極ロールの巻き取り前に負極箔の表面に延設されている。
【００３２】
ケ−ス８０の開口縁部８０ａを蓋板８１の周縁部に固定する構造を図４を参照して以下に説明する。
【００３３】
この実施例では、蓋板８１の周縁部を覆って、断面コ字状の金属リング８５がインサ−ト成形されており、ケ−ス８０の開口縁部８０ａの内周面が金属リング８５の外周面に溶接されている。このようにすれば、従来の巻きかしめによる蓋板固定方法に比較して格段に内部圧力増大に耐えることができる。
【００３４】
なお、蓋板を金属板とすればレ−ザ−溶接などで蓋板８１とケ−ス８０とを強固に接合することができるが、端子８２、８３を蓋板８１から電気絶縁するために、端子８２、８３を電気絶縁性の樹脂リングを介して蓋板８１に固定する必要が生じる。
【００３５】
（全体装置構成）
この実施例の三相インバータ回路装置の全体構成を、その正面図を示す図３を参照して以下に説明する。
【００３６】
６０は、本発明で言う冷却部材をなす冷媒チュ−ブである。
【００３７】
冷媒チュ−ブ６０は、アルミニウム合金を引き抜き成形法あるいは押し出し成形法で成形された板材を必要な長さに切断して作製されている。冷媒チュ−ブ６０は、その幅方向に隔壁により互いに区画されてその長手方向に延設される複数の貫通流路を有している。冷媒チュ−ブ６０の両端は入り口側のヘッダ６ａと出口側のヘッダ６ｂとに接合されており、これらヘッダを通じて図示しない外部の冷凍サイクル装置に接続されてそのエバポレ−タを構成している。
【００３８】
冷媒チュ−ブ６０は、扁平で容易に厚さ方向へ塑性変形可能な特性をもち、つづら折り状に湾曲されている。冷媒チュ−ブ６０は、平坦で互いに平行で互いに対向する３つの平坦部６１〜６３と、平坦部６１、６２の間の湾曲部６４と、平坦部６２、６３の間の湾曲部６５とを有している。
【００３９】
冷媒チュ−ブ６０の平坦部６１、６２は、図示しない電気絶縁性スペ−サにより冷媒チュ−ブ６０から電気絶縁を確保されつつ半導体モジュ−ル３０、４０、５０を挟着しており、半導体モジュ−ル３０、４０、５０は冷媒チュ−ブ６０の流路方向に一定間隔を隔てて配列されている。平坦部６１は半導体モジュ−ル３０の金属伝熱板１０５の外主面に密着し、平坦部６２は半導体モジュ−ル３０の金属伝熱板１０６、１０７の外主面に密着している。他の半導体モジュ−ル４０、５０も同様である。
【００４０】
冷媒チュ−ブ６０の平坦部６２、６３、湾曲部６５は、平滑コンデンサ８１の外周面のうちの２つの平坦面と半円筒状の１つの湾曲面とに密着している。
【００４１】
冷媒チュ−ブ６０の平坦部６１の反半導体モジュール側の平坦な外表面には、アルミ合金ブロックからなるヒ−トシンク９１、９２、９３がボルト９４により固定されており、ヒ−トシンク９１、９２、９３には、各半導体モジュール３０、４０、５０の制御電極端子と信号授受する制御回路基板９５が接合されている。ヒ−トシンク９１、９２、９３は、冷媒チュ−ブ６０の平坦部６１を挟んで半導体モジュール３０、４０、５０に対向する位置に配置されて、半導体モジュール３０、４０、５０の一時的な大発熱を良好に吸収するようになされている。
【００４２】
（実施例効果）
本構成によれば、三相インバータ回路の各半導体モジュール３０、４０、５０と平滑コンデンサ８とを共通の冷却部材で冷却することができ、またそれらを平滑コンデンサの厚さ方向に積層するので装置をコンパクトに構成することができ、必要スペ−スを低減することができる。更に、三相インバータ回路が一時的に大発熱する場合に、冷却部材を介して平滑コンデンサがそのヒ−トシンクとして機能することができるので、三相インバータ回路の過渡的な温度上昇の抑止を実現することができる。
【００４３】
本実施態様によれば、平滑コンデンサ８の平坦な外表面の幅（図３に示す左右方向における寸法）は、３つの半導体モジュール３０、４０、５０の合計幅Ｌに略等しく設定されて、両者が冷媒チュ−ブ６０を挟んで対向させているので、平滑コンデンサ８と半導体モジュール３０、４０、５０との熱授受における熱抵抗を低減することができ、平滑コンデンサ８は半導体モジュール３０、４０、５０のヒ−トシンクとして良好に機能することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の筒形電解コンデンサを用いた三相インバータ回路装置の回路図である。
【図２】図１に示す装置の半導体モジュールの組み立て図である。
【図３】図１に示す装置の正面図である。
【図４】図３に示す平滑コンデンサの部分断面図である。
【符号の説明】
８：平滑コンデンサ
３０：半導体モジュール
４０：半導体モジュール
５０：半導体モジュール
６０：冷媒チュ−ブ
【図１】
0004135295.tif 000002
【図２】
0004135295.tif 000003
【図３】
0004135295.tif 000004
【図４】
0004135295.tif 000005