本發(fā)明涉及使用了半導體元件的電力變換裝置，并涉及其主電路以及控制電路的布線結構。

背景技術：

在使用了半導體元件的電力變換裝置的主電路中，以抑制浪涌電壓作為主要目的，通過絕緣片對布線進行層疊而成為匯流條(bus bar)的結構正成為主流，其中所述布線將具有半導體元件的開關模塊與平滑電容器電連接，并將所輸入的直流電壓變?yōu)槿嘟涣麟妷狠敵鰜硖峁瑢＠墨I1中示出了其一例。在專利文獻2中記載了如下例子，即，同樣地在控制電路中，也為了降低電感而將布線設為平板狀導體，并隔著絕緣片而層疊，其中所述布線將開關模塊與控制電路基板電連接并傳遞信號電壓。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP特開2008-245451號公報

專利文獻2：JP特開昭61-227661號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

但是，如專利文獻2所記載的那樣，在將傳遞信號電壓的布線設為平板狀導體的情況下，需要固定于加強構件來增加剛性，使得能夠耐受電力變換裝置的振動，這成為了阻礙裝置的小型化、輕量化的主要原因。此外，需要通過例如螺絲緊固等將主電路匯流條和控制電路匯流條分別固定于開關模塊，組裝性差成為了課題。

本發(fā)明鑒于上述擔憂，其目的在于提供一種實現(xiàn)小型化、輕量化并且組裝性良好的電力變換裝置。

用于解決課題的手段

一種電力變換裝置，具有：多個開關模塊，其構成三個相的上下臂元件；平滑電容器，其連接在直流電源與開關模塊之間；控制電路基板，其輸出對開關模塊的接通/斷開進行控制的電信號；板狀的P極導體，其將平滑電容器的高電位側與多個開關模塊的上臂元件的正極端子電連接；板狀的N極導體，其將平滑電容器的低電位側與多個開關模塊的下臂元件的負極端子電連接；板狀的M極導體，其與上臂元件的負極端子以及下臂元件的正極端子電連接，向負載輸出交流電壓；板狀的G極導體，其將多個開關模塊的柵極控制端子與控制電路基板電連接；和板狀的E極導體，其將多個開關模塊的負極控制端子與控制電路基板電連接，所述電力變換裝置的特征在于，將P極導體、N極導體、M極導體、G極導體、E極導體分別隔著絕緣材料進行層疊并接合，作為一體型的導體構件而固定于開關模塊以及平滑電容器。

發(fā)明效果

能夠使主電路匯流條支撐控制電路匯流條，從而不需要針對控制電路匯流條的加強構件而實現(xiàn)小型化或輕量化，并且削減主電路匯流條和控制電路匯流條的安裝部件件數(shù)而使組裝性得到提高。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的電力變換裝置的構成的圖。

圖2是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的電力變換裝置的電路構成的圖。

圖3是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的一體型匯流條的構成的圖。

圖4是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的主電路匯流條的導體構成的圖。

圖5是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的主電路匯流條的絕緣片構成的圖。

圖6是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的控制電路匯流條的導體構成的圖。

圖7是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的控制電路匯流條的絕緣片構成 的圖。

圖8是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的M極導體與控制電路匯流條的配置關系的圖。

圖9是表示本發(fā)明的實施例2所涉及的電力變換裝置的構成的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。

【實施例1】

關于本發(fā)明作為對象的電力變換裝置，圖1以及圖2中示出其結構和電路構成。如圖2所示，電力變換裝置具有：平滑電容器4，其連接在輸入電壓的正側電壓的P極端子901與負側電壓的N極端子911之間，對輸入電壓進行平滑化；開關模塊21～26，其用于以平滑電容器4的電壓為電源而輸出正側電壓或者負側電壓的任意一者；和控制電路基板3，其向開關模塊21～26的控制端子輸出控制信號來控制開關動作。各開關模塊21～26由IGBT、SiC等使電流向一個方向流通的開關元件、和與該開關元件并聯(lián)連接而使電流與開關元件的流通方向反向流通的二極管構成。但是，在開關元件由具有體二極管的SiC等構成的情況下，由于體二極管滿足上述的二極管的功能，因此不必一定具備上述的二極管。開關模塊21的集電極端子與開關模塊22的發(fā)射極端子連接，彼此串聯(lián)連接而構成電力變換裝置的1個相，該連接點與負載連接用M極端子921連接。同樣地開關模塊23與24、開關模塊25與26彼此串聯(lián)連接，各自構成1個相。

如圖1所示，各開關模塊21～26具有集電極端子702、發(fā)射極端子712、柵極控制端子731以及發(fā)射極控制端子741。一體型匯流條1作為將開關模塊21～26的各端子與控制電路基板3以及平滑電容器4或直流電源電連接的布線而發(fā)揮作用。

向一體型匯流條1所具有的電源連接用P極端子901與電源連接用N極端子911之間輸入直流電壓，通過負載連接用M極端子921與電動機等負載連接而輸出三相交流電壓。此外，在一體型匯流條1所具有的控制電路連接用G極端子932和控制電路連接用E極端子942連接控制電路基板3，向開關模塊21～26傳遞控制信號電壓?？刂齐娐愤B接用G極端子 932與開關模塊的柵極控制端子731連接，控制電路連接用E極端子942與開關模塊的發(fā)射極控制端子741連接。

圖3中示出一體型匯流條1的構成。如圖3所示，一體型匯流條1由主電路匯流條11和控制電路匯流條12構成，從近前側朝向里側經(jīng)由絕緣材料依次對主電路匯流條11、控制電路匯流條12進行了接合。即，在遠離開關模塊的一側(近前側)配置主電路匯流條11，在靠近開關模塊的一側(里側)配置控制電路匯流條12。在絕緣材料中，可以使用粘接劑、雙面膠帶等。通過這樣接合，從而將以往是單獨的部件的主電路匯流條11和控制電路匯流條12匯集成一個部件，能夠實現(xiàn)部件件數(shù)的削減。此外，主電路匯流條11由于流動比控制電路匯流條12大的電流而由比較厚的金屬板構成。因此，主電路匯流條11能夠支撐強度相對較低的控制電路匯流條12，所以能夠不需要針對控制電路匯流條12的加強構件。

圖4中示出主電路匯流條11的導體的構成。如圖4所示，主電路匯流條11的導體由P極導體111、N極導體112、M極導體113～115構成，從近前側朝向里側依次層疊P極導體111、N極導體112、M極導體113～115。即，從距開關模塊較遠一側(近前側)朝向靠近開關模塊的一側(里側)依次層疊P極導體111、N極導體112、M極導體113～115。

P極導體111是具備電源連接用P極端子901和模塊連接用P極端子902的板狀的導體，經(jīng)由電源連接用P極端子901與直流電源的正電壓側連接，經(jīng)由模塊連接用P極端子902與開關模塊21、23、25的各集電極端子702連接。

N極導體112是具備電源連接用N極端子911和模塊連接用N極端子912以及N極導體的貫通孔811、812、813、814的板狀的導體，經(jīng)由電源連接用N極端子911與直流電源的負電壓側連接，經(jīng)由模塊連接用N極端子912與開關模塊22、24、26的各發(fā)射極端子712連接。

M極導體113、114、115是配置于同一平面、分別具備負載連接用M極端子921、模塊連接用M極端子922、923以及M極導體的貫通孔821、822的板狀的導體。此外，M極導體113經(jīng)由負載連接用M極端子921與負載連接，經(jīng)由模塊連接用M極端子922與開關模塊21的發(fā)射極端子712連接，經(jīng)由模塊連接用M極端子923與開關模塊22的集電極端子702 連接。同樣地，M極導體114經(jīng)由負載連接用M極端子921與負載連接，經(jīng)由模塊連接用M極端子922與開關模塊23的發(fā)射極端子712連接，經(jīng)由模塊連接用M極端子923與開關模塊24的集電極端子702連接。同樣地，M極導體115經(jīng)由負載連接用M極端子921與負載連接，經(jīng)由模塊連接用M極端子922與開關模塊25的發(fā)射極端子712連接，經(jīng)由模塊連接用M極端子923與開關模塊26的集電極端子702連接。

設置于P極導體111的多個模塊連接用P極端子902穿過N極導體的貫通孔811以及M極導體的貫通孔821的空間，與正電壓側的開關模塊21、23、25的集電極端子702分別連接。另一方面，設置于N極導體112的多個模塊連接用N極端子912穿過M極導體的下方的空間而與負電壓側的開關模塊22、24、26的發(fā)射極端子712分別連接。此外，分別設置于M極導體113、114、115的多個M極端子922與正電壓側的開關模塊21、23、25的發(fā)射極端子712分別連接，多個M極端子923與負電壓側的開關模塊22、24、26的集電極端子702分別連接。為了能夠從近前側將這些多個M極端子922、923螺絲緊固于開關模塊21、22，在N極導體的對應的位置設置了貫通孔812、813。

圖5中示出主電路匯流條11中的絕緣片的構成。主電路絕緣片116、117、118、119分別從距開關模塊較遠一側(近前側)朝向靠近開關模塊一側(里側)隔著P極導體111、N極導體112、M極導體113～115而交替地層疊。即，主電路絕緣片116配置于P極導體111的近前側，主電路絕緣片117配置于P極導體111與N極導體112之間，主電路絕緣片118配置于N極導體112與M極導體113～115之間，主電路絕緣片119配置于M極導體113～115的里側。

如圖5所示，在各主電路絕緣片上在與開關模塊的各端子對應的位置設置有圓形的貫通孔831、832，因此主電路匯流條11的各端子與開關模塊的端子、控制電路匯流條12的各端子與開關模塊的端子能夠進行螺絲連接，能夠從近前側插入驅動器。此外，通過貫通孔831、832，還能夠密封導體的貫通孔端部而提高絕緣性。

接著，在圖6中示出控制電路匯流條的導體構成。如圖6所示，控制電路匯流條12的各導體由分別配置于同一平面的G極導體121～126和E 極導體127～132構成，從距開關模塊較遠一側(近前側)朝向靠近開關模塊一側(里側)依次層疊E極導體127～132、G極導體121～126。

在此，E極導體127、129、131的模塊連接用E極端子941與正電壓側的開關模塊21、23、25的發(fā)射極控制端子741連接，E極導體128、130、132的模塊連接用E極端子931與負電壓側的開關模塊22、24、26的發(fā)射極控制端子741連接。此外，G極導體121、123、125的模塊連接用G極端子931與正電壓側的開關模塊21、23、25的柵極控制端子731連接，G極導體122、124、126的模塊連接用G極端子931與負電壓側的開關模塊22、24、26的柵極控制端子731連接。

由于E極導體127、129、131與M極導體113、114、115分別為同電位，因而如前所述構成為主電路匯流條11的M極導體113～115隔著絕緣片與控制電路匯流條12的E極導體相鄰。該作用以及效果在后面會詳細進行說明，但根據(jù)該配置，能夠抑制在主電路匯流條11與控制電路匯流條12之間所擔憂的、高電場所引起的絕緣破壞以及噪聲的產(chǎn)生。

N極導體的貫通孔814、M極導體的貫通孔822、主電路絕緣片的貫通孔832設置于與開關模塊21、23、25的柵極控制端子以及發(fā)射極控制端子對應的位置，因此能夠從近前側將模塊連接用E極端子931以及模塊連接用G極端子941螺絲緊固于各開關模塊。

圖7中示出控制電路匯流條12中的絕緣片的構成?？刂齐娐方^緣片133～135從距開關模塊較遠一側(近前側)朝向靠近開關模塊一側(里側)隔著E極導體127～132、G極導體121～126而交替地層疊。即，控制電路絕緣片133配置于E極導體的近前側，控制電路絕緣片134配置于E極導體與G極導體之間，控制電路絕緣片135配置于G極導體的里側。在各控制電路絕緣片上在與開關模塊的各端子對應的位置設置有圓形的貫通孔841、842，因此主電路匯流條11的各端子與開關模塊的端子、控制電路匯流條12的各端子與開關模塊的端子能夠進行螺絲連接，能夠從近前側插入驅動器。此外，通過貫通孔841、842，還能夠密封導體的貫通孔端部而提高絕緣性。

如上所述，M極導體113～115隔著絕緣材料而與控制電路匯流條12相鄰地層疊。在隔著絕緣材料相鄰的匯流條間的電位差超過絕緣材料的絕 緣耐壓的情況下，會產(chǎn)生絕緣材料的絕緣破壞，在匯流條間流動較大的電流。此外，即使在未超過絕緣耐壓的情況下，也由于在匯流條間存在寄生電容，因此若電位差較大，則經(jīng)由該寄生電容流過電流，從而會在控制電路中產(chǎn)生噪聲。通過如本實施例那樣將M極導體113～115與控制電路匯流條12相鄰配置，從而能夠抑制上述那樣的高電場所引起的絕緣破壞以及噪聲的產(chǎn)生。

以下針對由開關模塊21以及22所構成的1個相來說明產(chǎn)生該效果的機理。在此假定電源的低電位側為0V，高電位側為1500V。在從該相向負載連接用M極端子921輸出低電位的情況下，上臂的開關模塊21成為斷開(OFF)狀態(tài)，下臂的開關模塊22成為接通(ON)狀態(tài)，電源的低電位側與負載連接用M極端子921連接。在該情況下，下臂的開關模塊22的發(fā)射極控制端子成為與開關模塊22的發(fā)射極側同電位，電位成為0V。此外，上臂的開關模塊21的發(fā)射極側也成為與電源的低電位側同電位，因此開關模塊21的發(fā)射極控制端子的電位也成為0V。因此，在輸出低電位的情況下，開關模塊21的發(fā)射極控制端子、開關模塊22的發(fā)射極控制端子、負載連接用M極端子921的電位都成為0V，不產(chǎn)生電位差，因此不會發(fā)生上述問題。

接著，在從該相向負載連接用M極端子921輸出高電位的情況下，上臂的開關模塊21成為接通狀態(tài)，下臂的開關模塊22成為斷開狀態(tài)，電源的高電位側與負載連接用M極端子921連接。在該情況下，上臂的開關模塊21的發(fā)射極控制端子成為與負載連接用M極端子921同電位，電位成為1500V。另一方面，下臂的開關模塊22的發(fā)射極控制端子成為與電源的低電位側同電位的0V。因此，在輸出高電位的情況下，開關模塊21的發(fā)射極控制端子、負載連接用M極端子921的電位成為1500V，開關模塊22的發(fā)射極控制端子成為0V，有可能發(fā)生上述問題。

在此，使用圖8來說明即使在輸出高電位的情況下也解決上述電位差的問題的構成。圖8示出了隔著絕緣材料相鄰配置的M極導體113、114、115與E極導體127、128、129、130、131、132的配置關系。如圖8所示，M極導體配置于覆蓋上臂的開關模塊21的發(fā)射極控制端子741的位置，并和與開關模塊21連接的E極導體127、129、131層疊，但不配置 于與下臂的開關模塊22的發(fā)射極控制端子741對應的部分，和與開關模塊21連接的E極導體128、130、132不層疊。

通過像這樣將M極導體配置于與在高電位輸出時以及低電位輸出時成為同電位的E極導體127、129、131層疊且與在高電位輸出時產(chǎn)生電位差的E極導體128、130、132不層疊的位置，從而絕緣距離得到確保。通過這樣的構成，從而即使在將主電路匯流條11與控制電路匯流條12進行層疊而成為一體構件的情況下，也能夠解決由于來自主電路匯流條的影響而導致在控制電路匯流條產(chǎn)生噪聲或者發(fā)生絕緣破壞的問題。

另外，在高電位輸出時，由于在E極導體127、129、131與E極導體128、130、132之間產(chǎn)生高電位差，因此在這些導體間期望設置充分的絕緣距離或者設置絕緣材料。

此外，在本實施方式中，說明了通過使M極導體與E極導體127、129、131隔著絕緣材料相鄰地層疊，來解決在控制電路匯流條中產(chǎn)生噪聲或者發(fā)生絕緣破壞的問題的情況，但由于柵極控制端子與發(fā)射極控制端子的電位差為10～20V程度，與主電路電源電壓相比非常小，因此即使調換圖6所示的E極導體與G極導體的位置關系，設為使M極導體與G極導體121、123、125隔著絕緣材料相鄰地層疊且將M極導體配置于與G極導體122、124、126不層疊的位置的結構，也能夠獲得大致同樣的效果。即，這是由于M極導體與G極導體121、123、125的電位差在高電位輸出時以及低電位輸出時小至10～20V程度，M極導體與G極導體122、124、126的電位差大至1480～1490V程度的緣故。

如上所述，若應用本實施例中列舉出的一體型匯流條的構成，則能夠將主電路匯流條與控制電路匯流條進行接合而匯集成一個部件，結果能夠提供絕緣性、組裝性以及耐噪聲性得到了確保的電力變換裝置。

在本實施例中，作為開關模塊而使用了具備2并聯(lián)的開關元件并具備2個集電極/發(fā)射極端子的開關模塊，但也能夠應用于具備一個開關元件的開關模塊或具備3并聯(lián)的開關元件的開關模塊。

【實施例2】

本實施例2是對上述實施例1的電力變換裝置中的各開關模塊21～26從近前側觀察時使其向左旋轉方向或者向右旋轉方向旋轉了90°的實施 方式。在圖9中，使開關模塊21～26向右旋轉方向旋轉了90°。據(jù)此，將控制電路匯流條的控制電路連接用G極端子932與控制電路連接用E極端子942配置于一體型匯流條1的橫側(左右任意一方)，將主電路匯流條的與電源的端子901、911、921配置于一體型匯流條1的上側(或者下側)。此外，設置于主電路匯流條的導體以及絕緣片、控制電路匯流條的導體以及絕緣片的貫通孔設置于與開關模塊21～26的各端子對應的位置。其他構成設為與實施例1相同。若使用該構成，則主電路電流在設置于主電路匯流條11的上部的各端子901、911、921與開關模塊的集電極端子或發(fā)射極端子之間主要沿上下方向流動，控制電流在設置于控制電路匯流條12的橫側的各端子932、942與開關模塊的各控制端子731、741之間主要沿左右方向流動，因此能夠使主電路匯流條11與控制電路匯流條12的電流路徑正交。因此，能夠降低起因于主電路匯流條周圍的磁場而在控制電路匯流條產(chǎn)生的噪聲。

在本實施例中，也與實施例1同樣地，通過將M極導體配置于與和構成上臂元件的開關模塊連接的E極導體重疊的位置、且不配置于與和構成下臂元件的開關模塊連接的E極導體重疊的位置，從而能夠解決由于來自主電路匯流條的影響而在控制電路匯流條產(chǎn)生噪聲或者發(fā)生絕緣破壞的問題。

若應用在本實施例中所述的一體型匯流條的構成，則能夠將主電路匯流條與控制電路匯流條匯集成一個部件，結果能夠提供除了確保絕緣性、組裝性以及耐噪聲性以外還特別提高了耐噪聲性的電力變換裝置。

符號說明

1··一體型匯流條

21～26··開關模塊

3··控制電路基板

4··平滑電容器

11··主電路匯流條

12···控制電路匯流條

702···集電極端子(正極端子)

712···發(fā)射極端子(負極端子)

731···柵極控制端子

741··發(fā)射極控制端子(負極控制端子)

111···P極導體

901···電源連接用P極端子

902···模塊連接用P極端子

112···N極導體

911···電源連接用N極端子

912···模塊連接用N極端子

811、812、813、814···N極導體的貫通孔

113、114、115···M極導體

921···負載連接用M極端子

922、923···模塊連接用M極端子

821、822···M極導體的貫通孔

116、117、118、119···主電路絕緣片

831、832···主電路絕緣片的貫通孔

121、122、123、124、125、126···G極導體

931···模塊連接用E極端子

932···控制電路連接用G極端子

127、128、129、130、131、132···E極導體

941···模塊連接用E極端子

942···控制電路連接用E極端子

133、134、135···控制電路絕緣片

841、842···控制電路絕緣片的貫通孔