(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底面及び該底面にそれぞれ隣接する一側面及び該一側面とは異なる他側面を有するとともに、前記一側面から突出する信号電極端子及び一主電極端子と、前記他側面にて前記一主面電極端子に対して対角位置となる位置から突出する他主電極端子とを有して互いに同形に形成された複数のスイッチング素子と、
前記各スイッチング素子の前記各主電極端子を接続して前記各スイッチング素子とともにインバータ回路を構成するブスバー群と、
を備え、
各相の上アーム側の前記スイッチング素子は一列に配置されて上アーム側素子列を構成し、
各相の下アーム側の前記スイッチング素子は、前記上アーム側素子列とほぼ平行に一列に配置されて下アーム側素子列を構成し、
互いに同相の一対の上アーム側の前記スイッチング素子と下アーム側の前記スイッチング素子とは近接して配置され、
前記各スイッチング素子の前記他側面は所定間隔を隔てて互いに向かい合って配置されていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
請求項１記載のインバータ装置において、
前記ブスバー群は、前記インバータ回路の正側直流電源ラインを構成する高位直流ブスバーと、前記インバータ回路の負側直流電源ラインを構成する低位直流ブスバーと、前記インバータ回路の各交流出力ラインを構成する所定本の交流ブスバーとからなり、
前記高位直流ブスバー及び低位直流ブスバーは、所定間隙を隔てて重なりつつ前記上アーム側素子列及び下アーム側素子列の一方の上方に延設されるとともに、前記各スイッチング素子の前記各主電極端子に達する分岐部を有することを特徴とするインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車、燃料電池車を含む電気自動車、更には従来の内燃機関車では、バッテリなどの直流電源電力を三相交流電力に変換する大電力の三相インバータが用いられる。また、たとえば電圧が異なる一対のバッテリ間で送電するＤＣ−ＤＣコンバータも用いられ、このＤＣ−ＤＣコンバータには、受電した直流電力を交流電力に変換するインバータを内蔵する形式のものがある。
【０００３】
この種の大電力用のインバータは、樹脂モールドされたＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴなどの電力用トランジスタチップ（スイッチング素子）を冷却基板上に配列し、各スイッチング素子の主電極端子をブスバーで接続して構成されるのが通常である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大電力のインバータではスイッチング素子が大電流を高速スイッチングする結果、一対の直流電源ラインに大きなスイッチングサージ電圧が生じる。このため、高周波域で低損失の平滑コンデンサを直流電源と並列に接続して、直流電源への悪影響を防止したり、電磁波ノイズの放射を低減したりすることが必須となる。
【０００５】
自動車用三相インバータ装置の一案を図１８、図１９に示す。
【０００６】
１〜６は樹脂モールド封止により形成された厚板状のスイッチング素子、７〜９は交流ブスバー、１０は冷却基板、１１は正側直流電源ラインをなす高位直流ブスバー、負側直流電源ラインをなす１２は低位直流ブスバー、１３は平滑コンデンサである。スイッチング素子１〜６及び平滑コンデンサ１３は冷却基板１０上の表面に密着、固定されている。
【０００７】
スイッチング素子１〜６は一列に配置されて素子列１００を構成し、スイッチング素子１〜６の一対の主電極端子Ｓ、Ｄと複数の信号電極端子Ｃとは、スイッチング素子１〜６の側面からスイッチング素子１〜６間の隙間へ突出している。主電極端子ＳとＤとは対角配置され、主電極端子Ｄと信号電極端子Ｃとはスイッチング素子１〜６の同一側面に配置されている。
【０００８】
このように構成すれば、各スイッチング素子１〜６を互いに接近させて高密度配置することにより、ブスバー長短縮により配線インダクタンスを低減することができるので、スイッチングサージ電圧及びそれに起因する電磁波ノイズの放射を低減することができる。
【０００９】
更に、高位直流ブスバー１１と低位直流ブスバー１２とは、絶縁フィルムを挟んで互いに密着しつつ素子列１００と平滑コンデンサ１３との間に延設されているので、両電源ライン間の寄生キャパシタンスを増加させて平滑コンデンサの負担を低減することができる。
【００１０】
しかしながら、上記スイッチング素子配列方式では、６個のスイッチング素子１〜６を一列に並べているために必要スペースの縮小が困難であり、素子列１００の列方向長を短縮しようとすると、各スイッチング素子間の隙間に突出する端子Ｓ、Ｄ、Ｃをブスバーや信号線に接続する作業が困難となるという問題が生じた。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、配線接続作業の困難化を回避しつつ装置の小型化、直流電源ラインの配線インダクタンスの低減を実現可能なインバータ装置を提供することを、その目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のインバータ装置は、底面及び該底面にそれぞれ隣接する一側面及び該一側面とは異なる他側面を有するとともに、前記一側面から突出する信号電極端子及び一主電極端子と、前記他側面にて前記一主面電極端子に対して対角位置となる位置から突出する他主電極端子とを有して互いに同形に形成された複数のスイッチング素子と、前記各スイッチング素子の前記各主電極端子を接続して前記各スイッチング素子とともにインバータ回路を構成するブスバー群とを備え、各相の上アーム側の前記スイッチング素子は一列に配置されて上アーム側素子列を構成し、各相の下アーム側の前記スイッチング素子は、前記上アーム側素子列とほぼ平行に一列に配置されて下アーム側素子列を構成し、互いに同相の一対の上アーム側の前記スイッチング素子と下アーム側の前記スイッチング素子とは近接して配置され、前記各スイッチング素子の前記他側面は所定間隔を隔てて互いに向かい合って配置されていることを特徴としている。
【００１３】
すなわち、本発明では、上アーム側の素子列と下アーム側素子列とを平行に配列し、かつ、各スイッチング素子の信号電極端子は外側に突出するように配置するので、高位直流ブスバー及び低位直流ブスバーの長さを短縮してその配線インダクタンス及び電気抵抗を低減することができるとともに、装置を小型化することができ、更に各スイッチング素子の端子をブスバーやコネクタなどに接続するのが容易となる。また、各スイッチング素子の両主電極端子が対角配置されるので両直流ブスバーと各交流ブスバーとの干渉を排除しつつ高密度実装が可能となる。
【００１４】
本発明の好適な態様において、前記ブスバー群は、前記インバータ回路の正側直流電源ラインを構成する高位直流ブスバーと、前記インバータ回路の負側直流電源ラインを構成する低位直流ブスバーと、前記インバータ回路の各交流出力ラインを構成する所定本の交流ブスバーとからなり、前記高位直流ブスバー及び低位直流ブスバーは、所定間隙を隔てて重なりつつ前記上アーム側素子列及び下アーム側素子列の一方の上方に延設されるとともに、前記各スイッチング素子の前記各主電極端子に達する分岐部を有することを特徴としている。
【００１５】
本態様によれば、両直流ブスバーの重なり面積を大きく取れるので、両直流ブスバー間の相互インダクタンスを低減することができる。
【００１６】
【発明を実施するための態様】
本発明の２列配置型ブスバー接続式インバータ装置を用いた三相インバータ装置の好適な実施例を以下図面を参照して説明する。
【００１７】
【実施例１】
実施例１の三相インバータ装置の平面図を図１に、その正面図を図２に示す。
【００１８】
１〜６は、樹脂モールド封止により形成された厚板状のパワーＭＯＳトランジスタ（以下、単にスイッチング素子ともいう）、７〜９は各相の交流ブスバー、１０は冷却基板、１１は正側直流電源ラインをなす高位直流ブスバー、負側直流電源ラインをなす１２は低位直流ブスバー、１３は平滑コンデンサである。
【００１９】
チップ状のスイッチング素子１〜６の一主面及び平滑コンデンサ１３の底面は冷却基板１０上の表面に熱伝導グリス層を挟んで密着、固定されている。
【００２０】
上アーム側素子であるスイッチング素子１〜３はＸ方向に一定ピッチで配置されて上アーム側素子列１０１を構成し、下アーム側素子であるスイッチング素子４〜６はＸ方向に一定ピッチで配置されて下アーム側素子列１０２を構成し、上アーム側素子列１０１と下アーム側素子列１０２とは所定間隔を隔てて平行配置され、互いに同相の上アーム側のスイッチング素子と下アーム側スイッチング素子とはＸ方向において同位置に配置されている。
【００２１】
各スイッチング素子１〜６は、パワーＭＯＳトランジスタの耐圧層を有する側の主電極端子（ドレイン端子ともいう）Ｄと、もう一つの主電極端子（ソース端子ともいう）Ｓと、多数の信号電極端子からなる信号電極端子群Ｃとを有する。信号電極端子群Ｃは、ゲート電極端子の他、スイッチング素子１〜６の状態を検出するモニタ端子などを含む。信号電極端子群Ｃはスイッチング素子１〜６の一側面の一半部に、主電極端子Ｄは他半部に形成され、主電極端子Ｓはスイッチング素子１〜６の他側面のうち主電極端子Ｄと対角となる半部に突出している。上アーム側素子列１０１のスイッチング素子１〜３は、下アーム側素子列１０２のスイッチング素子４〜６に対して１８０度回転した姿勢をもち、各主電極端子Ｓは両素子列１０１、１０２の間の間隙部分に互い違いに突出している。その結果、主電極端子Ｄと信号電極端子群Ｃはこれら両素子列１０１、１０２の外側へ突出している。主電極端子Ｓ、Ｄは屈曲され、各先端部は図２に示すように上方へ伸びている。図２では図示省略しているが、信号電極端子群Ｃも屈曲され、各先端部は図２に示すように上方へ伸びている。
【００２２】
交流ブスバー７〜９の主面は、スイッチング素子４〜６の上方を冷却基板１０の表面と平行かつＸ方向と直角方向へ延設されている。交流ブスバー７の先端部は上方へ折り曲げられて、Ｕ相上アーム側のスイッチング素子１の主電極端子Ｓと、Ｕ相下アーム側のスイッチング素子４の主電極端子Ｄとに接合される分岐部となっている。交流ブスバー８の先端部は上方へ折り曲げられて、Ｖ相上アーム側のスイッチング素子２の主電極端子Ｓと、Ｖ相下アーム側のスイッチング素子５の主電極端子Ｄとに接合される分岐部となっている。交流ブスバー９の先端部は上方へ折り曲げられて、Ｗ相上アーム側のスイッチング素子３の主電極端子Ｓと、Ｗ相下アーム側のスイッチング素子６の主電極端子Ｄとに接合される分岐部となっている。
【００２３】
高位直流ブスバー１１と低位直流ブスバー１２の主面は、スイッチング素子１〜３の上方を冷却基板１０の表面と平行かつ主としてＸ方向へ延設されている。高位直流ブスバー１１の基端部は、平滑コンデンサ１３の正極ターミナルに嵌着される締結孔を有し、ボルト１３１により正極ターミナルに締結されている。低位直流ブスバー１２の基端部は、平滑コンデンサ１３の負極ターミナルに嵌着される締結孔を有し、ボルト１３２により負極ターミナルに締結されている。低位直流ブスバー１２は直板状に形成され、上アーム側素子列１０１の上方をＸ方向に延設されている。高位直流ブスバー１１は、途中で屈曲された後、低位直流ブスバー１２の直上をＸ方向に延設されている。このように、両直流ブスバー１１、１２を近接して平行配置することは周囲への電磁放射低減において効果的である。更に、両直流ブスバー１１、１２の間には図示しない絶縁シートが介設され、両直流ブスバー１１、１２間の相互インダクタンスを低減している。また、両直流ブスバー１１、１２間に高誘電率絶縁シートを介設すれば、両直流ブスバー１１、１２間のキャパシタンスを増大して平滑コンデンサ１３の負担を低減することができる。高位直流ブスバー１１は、図１にて外側へ分岐した後、上方へ折り曲げられて、各相上アーム側のスイッチング素子１〜３の主電極端子Ｄに接合される分岐部を有している。低位直流ブスバー１２は、図１にて内側へ分岐した後、上方へ折り曲げられて、各相下アーム側のスイッチング素子４〜６の主電極端子Ｓに接合される分岐部を有している。
【００２４】
この実施例のスイッチング素子配列によれば、スイッチング素子１〜６を２列配置し、同相のスイッチング素子を隣接配置し、各スイッチング素子１〜６の信号電極端子を外側に突出するように配置するので、高位直流ブスバー１１及び低位直流ブスバー１２の長さを短縮してその配線インダクタンス及び電気抵抗を低減することができるとともに、装置を小型化することができ、更に各スイッチング素子１〜６の各端子の接続作業が容易となる。また、各スイッチング素子１〜６の両主電極端子Ｓ、Ｄが対角配置されるので両直流ブスバー１１、１２、各交流ブスバー７〜９の相互干渉を排除しつつ高密度実装が可能となる。
【００２５】
なお、各スイッチング素子１〜６の信号電極端子群Ｃは図示しないフレキシブルケーブルの先端のコネクタに嵌合、接続される。
【００２６】
なお、高位直流ブスバー１１と低位直流ブスバー１２とを高さ方向逆配置してもよい。
【００２７】
【実施例２】
実施例２の三相インバータ装置の平面図を図３に、その正面図を図４に示す。
【００２８】
この実施例は、図１、図２に示す実施例１において互いに対角配置された各スイッチング素子１〜６の主電極端子Ｓ、Ｄを、Ｘ方向同位置配置に変更したものである。このようにすると、交流ブスバー７〜９の長さが僅かに長くなるがほぼ実施例１と同じ効果を奏することができる。
【００２９】
【実施例３】
実施例３の三相インバータ装置の平面図を図５に、その正面図を図６に示す。
【００３０】
この実施例は、図１、図２に示す実施例１において上アーム側素子列１０１と下アーム側素子列１０２との配置を逆にしたものである。このようにしてもほぼ実施例１と同じ効果を奏することができる。
【００３１】
【実施例４】
実施例４の三相インバータ装置の平面図を図７に、その正面図を図８に示す。
【００３２】
この実施例は、図１、図２に示す実施例１において平滑コンデンサ１３を上アーム側素子列１０１のＶ相スイッチング素子２に近接配置し、高位直流ブスバー１１、低位直流ブスバー１２を平滑コンデンサ１３と各スイッチング素子１〜６の主電極端子Ｓ、Ｄとを接続可能に変更したものである。このようにしてもほぼ実施例１と同じ効果を奏することができる。なお、実施例２、３においても実施例４と同じ平滑コンデンサ配置とすることができることはもちろんである。
【００３３】
【実施例５】
実施例５の三相インバータ装置の平面図を図９に、その正面図を図１０に示す。
【００３４】
この実施例は、図７、図８に示す実施例４において平滑コンデンサ１３と各スイッチング素子１〜６の主電極端子Ｓ、Ｄとを、高位直流ブスバー１１、低位直流ブスバー１２により最短距離で接続したものである。
【００３５】
このようにすれば、平滑コンデンサ１３とスイッチング素子１〜６との間の配線インダクタンス及び電気抵抗を低減することができるので、損失低減、スイッチングサージ電圧低減を実現することができる。
【００３６】
（スイッチング素子形状）
図１１〜図１３に、スイッチング素子１〜６の種々外形を示す。図１１は実施例１で採用した形状、図１２は実施例２で採用した形状、図１３は実施例３で採用した形状である。
【００３７】
図１１のスイッチング素子１〜６の樹脂モールド前の組立斜視図を図１４に、その主電極端子Ｄ及び信号電極端子群Ｃの切り離し前の形状を図１５に示す。図１５において、主電極端子Ｄ及び信号電極端子群Ｃはタイバー２００により一体化されている。
【００３８】
図１４において、パワーＭＯＳトランジスタであるチップ２０１のドレイン電極領域は底面側に配置されて、主電極端子Ｄに接合され、主電極端子Ｓは、チップ２０１の上面側に設けられたソース電極領域に導電性スペーサ２０２を介して接合され、導電性スペーサ２０２は、チップ２０１の上面側に設けられた各信号電極領域と各信号電極端子群Ｃとをワイヤボンディングするための空間を確保している。
【００３９】
図１３のスイッチング素子１〜６の樹脂モールド前の組立斜視図を図１６に、その主電極端子Ｄ及び信号電極端子群Ｃの切り離し前の形状を図１７に示す。図１７において、主電極端子Ｄ及び信号電極端子群Ｃはタイバー２００により一体化されている。図１５と図１７とを比較すれば、図１５の構成は、電極用金属板の無駄が少ないことがわかる。
【００４０】
（変形態様）
上記実施例では、冷却基板１０の表面上に、スイッチング素子１〜６と平滑コンデンサ１３とを搭載した構造を説明したが、その他、平滑コンデンサ１３は各ブスバーの更に上方に立体配置してもよく、あるいは冷却基板１０の裏側に立体配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１の三相インバータ装置の平面図である。
【図２】  図１の三相インバータ装置の正面図である。
【図３】  実施例２の三相インバータ装置の平面図である。
【図４】  図１の三相インバータ装置の正面図である。
【図５】  実施例３の三相インバータ装置の平面図である。
【図６】  図１の三相インバータ装置の正面図である。
【図７】  実施例４の三相インバータ装置の平面図である。
【図８】  図１の三相インバータ装置の正面図である。
【図９】  実施例４の三相インバータ装置の平面図である。
【図１０】  図１の三相インバータ装置の正面図である。
【図１１】実施例１のスイッチング素子の外形形状を示す斜視図である。
【図１２】実施例２のスイッチング素子の外形形状を示す斜視図である。
【図１３】実施例３のスイッチング素子の外形形状を示す斜視図である。
【図１４】実施例１のスイッチング素子の樹脂モールド前の組立斜視図である。
【図１５】図１４のスイッチング素子の主電極端子及び信号電極端子群の切り離し前の形状を示す平面図である。
【図１６】実施例３のスイッチング素子の樹脂モールド前の組立斜視図である。
【図１７】図１６のスイッチング素子の主電極端子及び信号電極端子群の切り離し前の形状を示す平面図である。
【図１８】  比較例の三相インバータ装置の平面図である。
【図１９】  図１８の三相インバータ装置の側面図である。
【符号の説明】
１〜６  スイッチング素子
７〜９  交流ブスバー
１０    冷却基板
１１  高位直流ブスバー
１２  低位直流ブスバー
１３  平滑コンデンサ
１０１  上アーム側素子列
１０２  下アーム側素子列
Ｓ  主電極端子
Ｄ  主電極端子
Ｃ  信号電極端子群
【図１】
0003734157.tif 000002
【図２】
0003734157.tif 000003
【図３】
0003734157.tif 000004
【図４】
0003734157.tif 000005
【図５】
0003734157.tif 000006
【図６】
0003734157.tif 000007
【図７】
0003734157.tif 000008
【図８】
0003734157.tif 000009
【図９】
0003734157.tif 000010
【図１０】
0003734157.tif 000011
【図１１】
0003734157.tif 000012
【図１２】
0003734157.tif 000013
【図１３】
0003734157.tif 000014
【図１４】
0003734157.tif 000015
【図１５】
0003734157.tif 000016
【図１６】
0003734157.tif 000017
【図１７】
0003734157.tif 000018
【図１８】
0003734157.tif 000019
【図１９】
0003734157.tif 000020