JP2023136977A - コンデンサ及び電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フェライトコアを要する電力変換装置の部品点数を削減して製造コストの低減及び組み立て性の向上を図る。【解決手段】コンデンサ１は中空円型のコンデンサ本体部１０を有する。このコンデンサ本体部１０の中空部１４にはコンデンサ本体部１０と同軸に中空円型のフェライトコア３が設けられる。コンデンサ本体部１０は半導体モジュール４に接続されるＰ極用，Ｎ極用の端子部１３Ｐ，１３Ｎを備える。端子部１３Ｐ，１３Ｎはコンデンサ本体部１０の中空部１４付近の表面から露出してコンデンサ本体部１０の軸心に向かって突設される。【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサの構造に関する。

車載用のインバータ装置に例示される電力変換装置はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子を備える。前記インバータ装置においては、外部ノイズや前記スイッチング素子から発生するノイズをカットするためにフェライトコアを備える必要がある。前記フェライトコアは、例えば前記インバータ装置のバッテリーからの直流電力の入力部であるＰ極用，Ｎ極用の端子部に接続されるバスバーに付帯される。インバータ装置のバスバーにフェライトコアを付帯する先行技術として、特許文献１がある。

特開２０１６－９８６７８号公報 特開２００４－１１９８７４号公報 特開２０１３－１９７４８６号公報

フェライトコアと電力変換装置の他の部品例えば特許文献２，３のコンデンサは独立した部品として存在するので、当該電力変換装置の各種の部品の配置スペースを考慮してフェライトコアをバスバーに付帯する必要がある。

一方、特許文献２,３のコンデンサは中空部を備える特殊な形状をしている。

本発明は、以上の事情を鑑み、フェライトコアを要する電力変換装置の部品点数を削減して製造コストの低減及び組み立て性の向上を図ることを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、中空円型のコンデンサ本体部を有し、このコンデンサ本体部の中空部に当該コンデンサ本体部と同軸に中空円型のフェライトコアが設けられるコンデンサである。

本発明の一態様は、前記コンデンサにおいて、前記コンデンサ本体部は、電気部品に接続されるＰ極用，Ｎ極用の端子部を備え、前記Ｐ極用，Ｎ極用の端子部は、前記コンデンサ本体部の中空部付近の表面から露出して当該コンデンサ本体部の軸心に向かって突設される。

本発明の一態様は、前記コンデンサにおいて、前記電気部品は、三相の電力変換装置の半導体モジュールであり、前記Ｐ極用，Ｎ極用の端子部は、前記コンデンサ本体部の中空部の周縁に沿って前記三相に対応して三つ配置される。

本発明の一態様は、前記コンデンサにおいて、前記フェライトコアには、前記電気部品並びに前記Ｐ極用，Ｎ極用の端子部に接続されるバスバーが挿通される。

本発明の一態様は、前記コンデンサにおいて、前記コンデンサ本体部と前記電気部品との間に冷却器が配置される。

本発明の一態様は、上記のコンデンサを備えた電力変換装置である。

以上の本発明によれば、フェライトコアを要する電力変換装置の部品点数を削減して製造コストの低減及び組み立て性の向上を図ることができる。

（ａ）本発明の一態様であるコンデンサの斜視図、（ｂ）当該コンデンサの平面図、（ｃ）当該コンデンサの側面図。 （ａ）半導体ジュールが配置された本発明の一態様であるコンデンサの斜視図、（ｂ）当該コンデンサの平面図、（ｃ）当該コンデンサの側面図。 （ａ）冷却器が配置された本発明の一態様であるコンデンサの平面図、（ｂ）当該コンデンサの側面図。 車載用のインバータ装置の回路図。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１に示された本発明の一実施形態であるコンデンサ１は、例えば図４に示された電力変換装置の一態様である車載用の三相のインバータ装置２に適用される。

コンデンサ１は、中空円型のコンデンサ本体部１０を有する。そして、コンデンサ本体部１０の中空部１４にはコンデンサ本体部１０と同軸に中空円型のフェライトコア３が設けられる。

コンデンサ本体部１０は、図示省略のコンデンサ素子を収容した中空円筒状の樹脂ケース１１と、この樹脂ケース１１内に封止樹脂が充填されて成るポッティング部１２を有する。そして、ポッティング部１２は、前記コンデンサ素子に接続されたＰ極用，Ｎ極用の一対の端子部１３Ｐ，１３Ｎを備える。端子部１３Ｐ，１３Ｎは、コンデンサ本体部１０の中空部周縁付近の表面から露出してコンデンサ本体部１０の軸心に向かって突設される。

端子部１３Ｐ，１３Ｎは、インバータ装置２の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応してコンデンサ本体部１０の中空部の周縁に沿って三つ配置される。そして、図２のように、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の端子部１３Ｐ，１３Ｎには、インバータ装置２の電気部品としてインバータ装置２のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に各々対応するパワーカード型の半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗが接続される。

半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、図４に示したようにＩＧＢＴからなる上アーム４１及び下アーム４２を搭載する。半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４ＷのＰ極端子である上アーム４１のコレクタ端子４Ｐは、図２に示したようにコンデンサ１のＰ極用の端子部１３Ｐに接続される。同様に、半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４ＷのＮ極端子である下アームのエミッタ端子４Ｎは、コンデンサ１のＮ極用の端子部１３Ｎに接続される。

また、半導体モジュール４Ｕのコレクタ端子４Ｐ及び端子部１３Ｐには、フェライトコア３の中空部に挿通された入力バスバーＰが締結具により締結される。同様に、半導体モジュール４Ｕのエミッタ端子４Ｎ及び端子部１３Ｎには、フェライトコア３の中空部３０に挿通された入力バスバーＮが締結具により締結される。尚、入力バスバーＰ，Ｎには放電抵抗７が接続されている。

半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗに各々対応するコンデンサ１の三つのＰ極用の端子部１３Ｐは、樹脂ケース１１内のコンデンサ素子によって電気的接続がされている。同様にコンデンサ１の三つのＮ極用の端子部１３Ｎも、前記コンデンサ素子によって電気的接続がされている。よって、前記いずれか一つの半導体モジュール４のコレクタ端子４Ｐ，エミッタ端子４Ｎに入力バスバーＰ，Ｎが接続されると、他の２つの半導体モジュール４にもバッテリーからの電力が通電されることになる。

そして、半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗの出力端子４３には、図４の三相のモータ５に繋がる出力バスバー５Ｕ，５Ｖ，５Ｗが各々接続される。さらに、出力バスバー５Ｕ，５Ｖ，５Ｗにはホール電流検出器６が各々付帯される。

以上のコンデンサ１によれば、コンデンサ１の中空部１４にフェライトコア３がコンデンサ１と同軸に一体的に設けられたことで、インバータ装置２内におけるフェライトコア３の配置スペースを考慮することなく、フェライトコア３を入力バスバーＰ，Ｎに付帯できる。したがって、フェライトコア３を要するインバータ装置２の部品点数を削減できるので、製造コストの低減及び組立性の向上を図ることできる。

特に、端子部１３Ｐ，１３Ｎがコンデンサ本体部１０の中空部付近の表面から露出してコンデンサ本体部１０の軸心に向かって突設されたことで、フェライトコア３に挿通される入力バスバーＰ，Ｎとコンデンサ１と半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗとの距離が短くなる。したがって、入力バスバーＰ，Ｎとコンデンサ１及び半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗとの電気的な接続を省スペースで可能となり、入力バスバーＰ，Ｎの短縮化及びインバータ装置２の小型化が図られる。

また、端子部１３Ｐ，１３Ｎは、単相または三相の電力変換装置の半導体モジュール４の数に応じてコンデンサ本体部１０の中空部の周縁に沿って複数配置可能である。したがって、図２の三相のインバータ装置２のみならず、直流コンデンサを備える電力変換装置、例えば、単相のインバータ装置の単一の半導体モジュール４にも、本態様のコンデンサ１を適用できる。また、コンデンサ１は、上述のパワーカード型のものに限定されることなく、他の仕様の半導体モジュールにも適用できる。

さらに、入力バスバーＰ，Ｎはフェライトコア３に挿通されると半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗのコレクタ端子４Ｐ，エミッタ端子４Ｎ及びコンデンサ本体部１０の端子部１３Ｐ，１３Ｎに接続可能となる。したがって、入力バスバーＰ，Ｎと半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗとコンデンサ１との接続作業性が向上する。

尚、図３に示したように、コンデンサ本体部１０と半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗとの間には、半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗを冷却するヒートシンクからなる冷却器８を配置するとよい。冷却器８には配管８１，８２を介して冷媒が循環供給される。本態様によれば、半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗのみならずコンデンサ１の上面も冷却できるので、コンデンサ１及び半導体モジュール４Ｕ，４Ｖ，４Ｗを備えた電力変換装置の信頼性の向上を図ることができる。

１…コンデンサ、１０…コンデンサ本体部、１１…樹脂ケース、１２…ポッティング部、１３Ｐ…Ｐ極用の端子部、１３Ｎ…Ｎ極用の端子部、１４…中空部
２…インバータ装置、
３…フェライトコア、３０…中空部
４，４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ…半導体モジュール、４１…上アーム、４２…下アーム、４Ｐ…コレクタ端子、４Ｎ…エミッタ端子
５…モータ、５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ…出力バスバー
６…ホール電流検出器
７…放電抵抗
８…冷却器、８１，８２…配管
Ｐ，Ｎ…入力バスバー

Claims (6)

1. 中空円型のコンデンサ本体部を有し、
   このコンデンサ本体部の中空部に当該コンデンサ本体部と同軸に中空円型のフェライトコアが設けられたこと
   を特徴とするコンデンサ。
2. 前記コンデンサ本体部は、電気部品に接続されるＰ極用，Ｎ極用の端子部を備え、
   前記Ｐ極用，Ｎ極用の端子部は、前記コンデンサ本体部の中空部付近の表面から露出して当該コンデンサ本体部の軸心に向かって突設されたこと
   を特徴とする請求項１に記載のコンデンサ。
3. 前記電気部品は、三相の電力変換装置の半導体モジュールであり、
   前記Ｐ極用，Ｎ極用の端子部は、前記コンデンサ本体部の中空部の周縁に沿って前記三相に対応して三つ配置されること
   を特徴とする請求項２に記載のコンデンサ。
4. 前記フェライトコアには、前記電気部品並びに前記Ｐ極用，Ｎ極用の端子部に接続されるバスバーが挿通されることを特徴とする請求項２または３に記載のコンデンサ。
5. 前記コンデンサ本体部と前記電気部品との間に冷却器が配置されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載のコンデンサ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のコンデンサを備えたことを特徴とする電力変換装置。

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