JP7331496B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関し、特に、ノイズフィルタを備えた電力変換装置に適用して有効な技術に関するものである。

半導体スイッチの高速スイッチングにより電力（電圧及び電流）を変換する電力変換装置では、半導体スイッチのスイッチングによる高周波の電磁ノイズが発生し、周辺機器への電磁ノイズ障害が懸念されている。具体的には、一般的な電力変換装置は、整流回路、平滑回路、インバータ回路及び冷却体などを備えている。インバータ回路の半導体スイッチが高速スイッチングすると、出力端子の電位が対地電位に対して高速で変動する。これにより、半導体スイッチと、接地された冷却体との間の浮遊容量や、負荷と、接地された負荷ケースとの間の浮遊容量などを通してコモンモード電流と呼ばれる高周波電流が流れる。このコモンモード電流が電磁ノイズとして系統電源ラインに流れると、周辺の電磁ノイズに弱い電子機器を誤動作させる場合がある。近年は電力変換装置の高効率化及び小型化などのためにスイッチング速度が高周波化しており、電磁ノイズによる障害が問題となっている。

そこで、系統電源ラインへの電磁ノイズの流出を低減し、電磁ノイズによる障害を防止するために、電力変換装置では入力端にノイズフィルタを備えている。一般的なノイズフィルタは、リアクトル（コモンモードチョークコイル）、線間コンデンサ、接地コンデンサなどを備えている。しかしながら、ノイズフィルタは、電源系統への電磁ノイズの流出を抑制する効果がある一方で、接地コンデンサにより大地アースへの漏れ電流が増え、漏電遮断器の不要動作などの問題が発生する場合がある。電磁ノイズは接地コンデンサの容量が大きいほどバイパスできるため、電源系統へのノイズの流出を抑制できるが、逆に漏れ電流が増えてしまう。

このような問題に対応する方法として、スイッチによりノイズフィルタの機能を有効及び無効に切り替える方式が特許文献１及び特許文献２に開示されている。
特許文献１では、ノイズフィルタ回路の接地ラインと筐体との間の導通及び非導通を切り替えることにより、ノイズフィルタ機能の有効及び無効を容易に切り替える方法が提案されている。この方法によれば、漏れ電流による問題が発生する場合には、ノイズフィルタと筐体との間を非導通状態にしてノイズフィルタ機能を概ね無効化することができる。
また、特許文献２では、スイッチによりフィルタ回路の接地コンデンサと接地電位との導通状態を切り替える方式が提案されている。

特開２０１２－２２８０２１号公報 特開２０１７－１１８３８７号公報

ところで、漏れ電流による問題は、電力変換装置の据付後に起きる場合が多い。このため、問題が起きた時にフィルタ回路の接地ラインと接地電位との導通状態及び非導通状態を切り替えるためには、電力変換装置を設備や盤などに据え付けた後でも作業者が作業し易い場所、例えば電力変換装置の前面側にフィルタ回路やスイッチを配置する必要がある。
一方、半導体スイッチを取り付けて冷却風の通風により半導体スイッチを冷却するための冷却体は、一般的に電力変換装置の背面側に配置される。冷却体は、接地電位と同電位とされると共に、筐体と導通されている。

したがって、フィルタ回路（電力変換装置の前面側）の接地ラインと、接地電位となる冷却体とを導通させるためには、電力変換装置の奥行き方向に長い配線（金属スペーサ，ケーブルや銅バーなども有り得る）が必要になる。この配線が長いほど接地電位へのバイパス経路のインピーダンスが高くなるため、ノイズをバイパスし難くなり、フィルタのノイズ減衰効果が低下してしまう。これにより、フィルタ回路の接地ラインと接地電位を接続する配線は最短とすることが望ましい。

また、特許文献１では、ネジの取り付け及び取り外しの作業性を確保するため、電力変換装置の前面側にフィルタ回路及びフィルタスイッチを配置している。フィルタ機能を有効化した場合は、フィルタ回路を筐体と接続することで接地電位と同電位としている。このため、フィルタ回路からフィルタスイッチを介して筐体（接地電位）に至るまでの配線は短い。
しかしながら、この場合、半導体スイッチのスイッチングにより発生した電磁ノイズが、筐体と冷却体を介してノイズ源である半導体スイッチに帰還する経路を通る。このとき、静電結合や電磁結合により一部の電磁ノイズが筐体から内部の配線や回路部品へ流入し、別の経路で系統電源側に流出する可能性がある。すなわち、フィルタを介さずに系統電源側に流れる経路ができるため、フィルタ機能を活かせない。

したがって、フィルタ回路あるいは接地コンデンサでバイパスしたノイズは最短距離で半導体スイッチに帰還させることが望ましく、換言すれば、最短距離で冷却体と接続することが望ましい。
そこで、本発明者らは、冷却体の主面上での電子部品の配置に着目し、本発明をなした。
本発明の目的は、フィルタ回路の電磁ノイズ低減効果の低下を抑制することが可能な電力変換装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る電力変換装置は、電力を変換する半導体スイッチを有する半導体装置と、半導体スイッチのスイッチングにより発生する電磁ノイズの電源系統への伝導を低減するフィルタ回路と、フィルタ回路を構成する接地コンデンサが実装され、かつ接地コンデンサが接続された接地ラインを有するフィルタ基板と、主面上に半導体装置及びフィルタ基板が主面と平行な方向に並設された冷却体と、フィルタ基板の接地ラインと冷却体の主面との間の導通及び非導通を切り替える切替機構と、を備えている。

本発明の一態様によれば、フィルタ回路の電磁ノイズ低減効果の低下を抑制することが可能な電力変換装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の回路構成を示す回路図である。 図１のインバータ回路を拡大した回路図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の外観構造を示す模式的斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の内部構造を示す模式的断面図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の内部構造を示す模式的斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る電極変換装置において、フィルタ基板、半導体装置及び電解コンデンサの配置の一例を示す斜視図である。 図６をＸ方向から見た側面図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換装置において、切替機構の切り替えを説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換装置において、切替機構を示す模式的斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る電力変換装置において、切替機構を示す模式的斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る電力変換装置において、切替機構を示す模式的斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
また、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであり、構成を下記のものに特定するものではない。すなわち、本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
また、以下の実施形態では、空間内で互に直交する三方向において、同一平面内で互に直交する第１の方向及び第２の方向をそれぞれＸ方向、Ｙ方向とし、第１の方向及び第２の方向のそれぞれと直交する第３の方向をＺ方向とする。

また、本明細書において、「主電極」とは、ＩＧＢＴ（Ｉnsulated Ｇate Ｂipolar Ｔransistor）においてエミッタ電極又はコレクタ電極の何れか一方となる電極を意味する。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）や静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）においてはソース電極又はドレイン電極の何れか一方となる電極を意味する。より具体的には、上記の「一方となる電極」を「第１主電極」として定義すれば、「他方の電極」は「第２主電極」となる。即ち、「第２主電極」とは、ＩＧＢＴにおいては第１主電極とはならないエミッタ電極又はコレクタ電極の何れか一方となる電極、ＦＥＴ，ＳＩＴにおいては上記第１主電極とはならないソース電極又はドレイン電極の何れか一方となる電極を意味する。以下の実施形態では、半導体スイッチとしてのＩＧＢＴに着目して説明するので、エミッタ電極を「第１主電極」、コレクタ電極を「第２主電極」と呼ぶ。

（第１実施形態）
図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１は、フィルタ回路１０と、整流回路２０と、平滑回路３０と、インバータ回路４０と、切替機構５０と、筐体６０及び冷却体６１（図３参照）とを備えている。
また、第１実施形態に係る電力変換装置１は、系統電源として例えば商用三相電源２の配線が接続される入力端子台３と、入力端子台３から整流回路２０に亘って商用三相電源２のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各々に対応して設けられた３つの電源経路４Ｕ，４Ｖ，４Ｗを備えている。また、第１実施形態に係る電力変換装置１は、整流回路２０からインバータ回路４０に亘って設けられた正極ライン５Ｐ及び負極ライン５Ｎを備えている。また、第１実施形態に係る電力変換装置１は、インバータ回路４０の出力ノード部Ｎｄ３（図２参照）と接続された出力端子台６を備え、この出力端子台６には負荷として例えば三相誘導電動機９が接続される。

整流回路２０は、例えばダイオード２１のブリッジ接続で構成され、３つの電源経路４Ｕ，４Ｖ，４Ｗで供給された交流電力を直流電力に変換する。平滑回路３０は、正極ライン５Ｐに直列接続で挿入された直流リアクトル３１と、正極ライン５Ｐと負極ライン５Ｎとの間に並列接続で挿入された２つの電解コンデンサ３２とで構成されている。２つの電解コンデンサ３２は、直列に接続されている。

インバータ回路４０は、図２に示すように、３つの半導体装置４１（４１Ｕ，４１Ｖ，４１Ｗ）を備えている。３つの半導体装置（パワー半導体装置）４１は、例えば三相誘導電動機９のＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応して設けられている。そして、３つの半導体装置４１は、上アーム４２ａとしての半導体スイッチＳ１と、下アーム４２ｂとしての半導体スイッチＳ２とを直列接続した構成になっている。そして、半導体スイッチＳ１及びＳ２の各々には整流素子Ｄｉが並列に逆接続されている。すなわち、３つの半導体装置４１の各々は、２つの半導体スイッチＳ１及びＳ２を直列接続した１レグで構成されている。半導体スイッチＳ１，Ｓ２及び整流素子Ｄｉは、例えばＳｉＣ、ＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体からなる基板を主体とする半導体チップで構成されている。

半導体スイッチＳ１は、第２主電極（Ｃ）が正極ライン５Ｐと電気的に接続され、第１主電極（Ｅ）が半導体スイッチＳ２の第２主電極（Ｃ）と電気的に接続されている。半導体スイッチＳ２の第１主電極（Ｅ）は、負極ライン５Ｎと電気的に接続されている。
３つの半導体装置４１おいて、各々の一方の入力ノード部Ｎｄ１は、正極ライン５Ｐと電気的に接続され、各々の他方の入力ノード部Ｎｄ２は、負極ライン５Ｎと電気的に接続されている。すなわち、３つの半導体装置４１の各々は、正極ライン５Ｐと負極ライン５Ｎとの間において並列に接続されている。
インバータ回路４０は、３つの半導体装置４１の各々の半導体スイッチＳ１，Ｓ２にゲート駆動回路から出力されるゲート信号（制御信号）が入力されることにより、各半導体装置４１の出力ノード部Ｎｄ３から、Ｕ相のモータ駆動電流、Ｖ相のモータ駆動電流及びＷ相のモータ駆動電流が三相誘導電動機９のモータ巻線に通電される。

３つの半導体装置４１の各々は、２つの半導体スイッチＳ１，Ｓ２及び２つの整流素子Ｄｉを１つの封止体で封止した２ｉｎ１タイプのパッケージ構造になっている。そして、３つの半導体装置４１の各々は、封止体の上面側に、正極外部端子、負極外部端子、出力外部端子及び４つの制御外部端子をそれぞれ備えている。正極外部端子は、図２の入力ノード部Ｎｄ１に対応し、半導体スイッチＳ１の第２主電極（Ｃ）と電気的に接続されている。負極外部端子は、図２の入力ノード部Ｎｄ２に対応し、半導体スイッチＳ２の第１主電極（Ｅ）と電気的に接続されている。出力外部端子は、図２の出力ノード部Ｎｄ３に対応し、半導体スイッチＳ１の第１主電極（Ｅ）及び半導体スイッチＳ２の第２主電極（Ｃ）と電気的に接続されている。４つの制御外部端子のうち、上アーム４２ａ用の制御外部端子２つは、図２に示すように、一方が上アーム４２ａである半導体スイッチＳ１の制御電極（Ｇ）と電気的に接続され、他方が半導体スイッチＳ１の第１主電極（Ｅ）と電気的に接続され、ゲート駆動回路から出力されるゲート信号（制御信号）が入力される。下アーム４２ｂ用の制御外部端子２つは、一方が下アーム４２ｂである半導体スイッチＳ２の制御電極（Ｇ）と電気的に接続され、他方が半導体スイッチＳ２の第１主電極（Ｅ）と電気的に接続され、ゲート駆動回路から出力されるゲート信号（制御信号）が入力される。すなわち、３つの半導体装置４１の各々は、制御外部端子に入力される制御信号により、直列接続された２つの半導体スイッチＳ１及びＳ２が正極外部端子及び負極外部端子間の電気的接続をオン・オフするように構成されている。

図１に示すように、フィルタ回路１０は、リアクトル（コモンモードチョークコイル）１１と、線間コンデンサ１２と、接地コンデンサ１３と、接地ライン１４を有するフィルタ基板１５とを備え、半導体スイッチＳ１，Ｓ２のスイッチングにより発生する電磁ノイズの電源系統への伝導を抑制する。リアクトル１１は、３つの電源経路４Ｕ，４Ｖ，４Ｗの各々に直列接続で挿入されている。線間コンデンサ１２は、Ｘコンデンサとも呼ばれ、リアクトル１１の上流側（入力端子台３側）において、３つの電源経路４Ｕ，４Ｖ，４Ｗの間に並列接続でそれぞれ挿入されている。接地コンデンサ１３は、Ｙコンデンサとも呼ばれ、リアクトル１１の下流側（整流回路２０側）において、３つの電源経路４Ｕ，４Ｖ，４Ｗと接地ライン１４との間に並列接続でそれぞれ挿入されている。線間コンデンサ１２及び接地コンデンサ１３はフィルタ基板１５に実装され、リアクトル１１はフィルタ基板１５の周囲に配置されている。

図３及び図４に示すように、筐体６０は、主面６１ａ（図６参照）を有する冷却体６１が底部に設けられた有底枠体（有底筒体）６２と、有底枠体６２の開口側を塞ぐように有底枠体６２に開閉自在に設けられた蓋体６３と、有底枠体６２及び蓋体６３で形成される収納部（キャビティ）６４とを有する。そして、筐体６０は、図４及び図５に示すように、冷却体６１の主面６１ａと直交方向（深さ方向）に収納部６４を冷却体６１側から２段の第１収納部６４ａ及び第２収納部６４ｂに仕切り分けする仕切り体６５を有する。仕切り体６５は、複数の金属板で構成されている。電源経路４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ、正極ライン５Ｐ、負極ライン５Ｎ、フィルタ回路１０、整流回路２０、平滑回路３０、インバータ回路４０及び切替機構５０などは下段の第１収納部６４ａに収納され、第１収納部６４ａは強電部となっている。上段の第２収納部６４ｂはゲート駆動回路や制御回路（CPUなど）などが収納された弱電部となっている。また，電力変換装置の据付時の配線作業に用いる入力端子台３，出力端子台６なども上段の第２収納部６４ｂに配置されている。そして、仕切り体６５は、図５に示すように、切替機構５０と対向する位置に開口部６５ａを有する。

図６に示すように、半導体装置４１、電解コンデンサ３２及びフィルタ基板１５は、冷却体６１の主面６１ａと平行な方向に並んで取り付けられている。具体的には、２つの電解コンデンサ３２は、各々の長手方向をＸ方向に揃えた状態でＸ方向と直交するＹ方向に配列されている。すなちわ、２つの電解コンデンサ３２は冷却体６１の主面６１ａに寝かせた状態で取り付けられている。３つの半導体装置４１は、Ｘ方向において、２つの電解コンデンサ３２の隣に配置されている。フィルタ基板１５は、Ｙ方向において、電解コンデンサ３２及び半導体装置４１の隣に配置されている。

図６に示すように、冷却体６１は、その主面６１ａとは反対側に、Ｘ方向に延伸し、かつＹ方向に所定の間隔をおいて配置された複数の冷却フィン６１ｂを有する。そして、冷却体６１は、隣接する２つの冷却フィン６１ｂの間の通路に冷却媒体を流通させるもしくは冷却フィン６１ｂから自然に放熱することにより、冷却体６１の主面６１ａに取り付けられた半導体装置４１及び電解コンデンサ３２などの発熱部品を冷却する。
冷却体６１は、導電性の材料で形成されている。そして、冷却体６１は、外部から接地電線が接続される入力端子台３及び出力端子台６の接地端子と導体を介して電気的に接続されている。すなわち、冷却体６１は接地電位に電位固定される。

図６及び図７に示すように、フィルタ基板１５は、例えば絶縁性の材料からなる柱状の支持体１６を介して冷却体６１の主面６１ａに支持されている。フィルタ基板１５は、冷却体６１の主面６１ａとの間に支持体１６を除いて何も挟まず、あるいは冷却体６１と接続された部品以外を挟まずに冷却体６１の主面６１ａ上に配置して冷却体６１の主面６１ａとの間の距離Ｌ１を出来るだけ短くすることが好ましい。更に、フィルタ基板１５と冷却体６１の主面６１ａとの間の距離Ｌ１は、冷却体６１の主面６１ａに寝かせた状態で配置された電解コンデンサ３２の最頂部から冷却体６１の主面６１ａまでの高さＨ１よりも低くすることがより好ましい。

図８及び図９に示すように、切替機構５０は、フィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１の主面６１ａとの間の導通及び非導通を切り替える。切替機構５０は、冷却体６１の主面６１ａに冷却体６１と電気的に導通して設けられた導電性接続部として、例えば雌ネジ孔５１を具備する。また、切替機構５０は、冷却体６１の主面６１ａに冷却体６１から絶縁して設けられた絶縁性接続部として、例えば一端側が冷却体６１の主面６１ａに固定され、他端側に雌ネジ孔が設けられた絶縁性スペーサ５２を具備する。また、切替機構５０は、一端側がフィルタ基板１５の接地ライン１４に電気的及び機械的に接続され、他端側が冷却体６１の雌ネジ孔５１（導電性接続部）又は絶縁性スペーサ５２の雌ネジ孔（絶縁性接続部）の何れか一方に着脱自在に接続されるケーブル（電線）５３を具備する。

切替機構５０は、図８に示すように、ケーブル５３の他端側に設けられた雄ネジ５４と冷却体６１の主面６１ａの雌ネジ孔５１とを締結固定することにより、フィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１とを電気的に導通させることができる。また、切替機構５０は、図９に示すように、ケーブル５３の他端側に設けられた雄ネジ５４と絶縁スペーサ５２の雌ネジ孔とを締結固定することにより、フィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１とを電気的に分離させる（非導通にする）ことができる。雄ネジ５４の長さ及び絶縁性スペーサ５２の長さは、絶縁性スペーサ５２に雄ネジ５４を固定したときに雄ネジ５４と冷却体６１との間に適切な絶縁距離を保てる長さにする。

ここで、接地コンデンサ１３の働きによる電磁ノイズ低減効果は、切替機構５０により、フィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１とを電気的に導通させることで得られる。一方、接地コンデンサ１３からの漏れ電流により漏電遮断器の不要動作などの問題が発生した際は、切替機構５０により、フィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１とを電気的に分離させる。

次に、この第１実施形態の主要な効果について説明する。
従来のように、冷却体６１の主面６１ａとフィルタ基板１５との間に半導体装置４１や電解コンデンサ３２などを配置する場合は、半導体装置４１や電解コンデンサ３２の高さやそれらとの絶縁距離を考慮すると冷却体６１の主面６１ａとフィルタ基板１５との間の距離Ｌ１が長くなる。これに対し、この第１実施形態に係る電力変換装置１では、フィルタ基板１５及び半導体装置４１が冷却体６１の主面６１ａに冷却体６１の主面６１ａと平行な方向に並んで配置されており、冷却体６１の主面６１ａとフィルタ基板１５との間に半導体装置４１が配置されていないため、従来のように冷却体６１の主面６１ａとフィルタ基板１５との間に半導体装置４１を配置した場合と比較して、冷却体６１の主面６１ａとフィルタ基板１５との間の距離Ｌ１を小さくすることができる。これにより、切替機構５０でフィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１とを導通させた際、接地コンデンサ１３から接地電位の冷却体６１までのインピーダンスを小さくすることができる。すなわち、切替機構５０でフィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１とを導通させた際の、電磁ノイズのバイパス経路のインピーダンス（バイパスの阻害要因）を小さくすることができるため、フィルタ回路１０の電磁ノイズ減衰効果の低下を抑制することができる。

また、ノイズ源である半導体スイッチＳ１，Ｓ２への帰還経路を短くすることができる
ため、電磁ノイズが電磁結合や誘導結合により周辺の配線や部品へ流入することを抑制でき、フィルタ回路１０を介さずに系統電源側へノイズが流出することを抑制できる。
そして、この第１実施形態に係る電力変換装置１は、電磁ノイズのバイパス経路として筐体６０を含まないため、筐体６０が板金などの伝導体ではなく、樹脂などの絶縁物で構成されている場合でも適用できる。

また、この第１実施形態に係る電力変換装置１では、フィルタ基板１５及び電解コンデンサ３２が冷却体６１の主面６１ａに冷却体６１の主面６１ａと平行な方向に並んで配置されており、電解コンデンサ３２が冷却体６１の主面６１ａとフィルタ基板１５との間に配置されていないため、従来のように冷却体６１の主面６１ａとフィルタ基板１５との間に電解コンデンサ３２を配置した場合と比較して、冷却体６１の主面６１ａとフィルタ基板１５との間の距離Ｌ１を小さくすることができる。
更に、この第１実施形態に係る電力変換装置１では、フィルタ基板１５が冷却体６１の主面６１ａとの間に支持体１６を除いて何も挟まず、冷却体６１の主面６１ａ上に配置されているので、冷却体６１の主面６１ａとフィルタ基板１５との間の距離Ｌ１を最も小さくすることができる。

この第１実施形態に係る電力変換装置１では、筐体６０の第２収納部６４ｂ内において、切替機構５０が筐体６０の背面側（底部側）の冷却体６１と隣接している。電力変換装置１の据付後に漏れ電流による問題が起き、切替機構５０により、フィルタ基板１５の接地ライン１４を非導通としたい場合、電力変換装置１の前面側の蓋体６３を開けてから人の手や工具でアクセスして切替機構５０を操作する必要がある。このため、切替機構５０が筐体６０の背面側に近い場所にあると、切替機構５０へのアクセスが難しく、操作がし難い。
そこで、この第１実施形態に係る電力変換装置１では、仕切り体６５の切替機構５０と対向する位置に開口部６５ａが設けられているので、作業者による切替機構５０へのアクセスを容易に行うことができる。

なお、フィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１の主面６１ａとの導通及び非導通を切り替える切替機構５０は、上述の第１実施形態に限定されない。導通及び非導通を切り替えるスイッチを設け、スイッチの一方の端子をフィルタ基板１５の接地ライン１４に、もう一方の端子を冷却体６１の主面６１ａに設けたネジ孔に接続してもよい。これにより、スイッチの切り替えにより、接地コンデンサ１３と接地電位の導通及び非導通を切り替えることができる。

また、フィルタ基板１５の接地ライン１４の下部に、金属などの導電体で構成された導通用スペーサと樹脂などの絶縁物で構成された非導通用スペーサを設けても良い。スペーサはそれぞれ冷却体と接続している。導通用スペーサと接地ラインを導電性のネジで接続することで、フィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１とが導通する。一方、導通用スペーサのネジを外した上で、非導通用スペーサと接地ラインを外したネジで接続することで、フィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１とを非導通にすることができる。

（第２実施形態）
図１０に示すように、この第２実施形態に係る電力変換装置１Ａは、上述の第１実施形態に係る電力変換装置１の切替機構５０に換えて切替機構５０Ａを備えている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
この第２実施形態の切替機構５０Ａは、一端側が冷却体６１の主面６１ａに電気的及び機械的に接続されたケーブル５５を具備する。また、この第２実施形態の切替機構５０Ａは、フィルタ基板１５の接地ライン１４に電気的及び機械的に接続された第１ソケット５６ａ、及びフィルタ基板１５の接地ライン１４から電気的に分離され、フィルタ基板１５に機械的に接続された第２ソケット５６ｂの何れか一方に差込まれるプラグ５７がケーブル５５の他端側に電気的及び機械的に接続されたコネクタ５８を具備する。そして、この第２実施形態の切替機構５０Ａは、第１ソケット５６ａ及び第２ソケット５６ｂの何れか一方にプラグ５７を差し込むことにより、フィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１の主面６１ａとの間の導通及び非導通を切り替える。

この第２実施形態の切替機構５０Ａは、ドライバなどの工具が不要でフィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１の主面６１ａとの間の導通及び非導通の切り替えを行えるので、切り替え操作が容易である。
また、上述の第１実施形態の切替機構５０のようなネジ式では、電力変換装置１を作業者側から見て切替機構５０が奥の方にある場合に、締め付け時の力が伝わり難く、締め付け不足による接触不良が起きる可能性がある。これに対し、この第２実施形態の切替機構５０Ａのようなコネクタ式では、挿入時にカチッと嵌まる手ごたえを確認することができ、確実に接触させることができる。

また、切替機構５０Ａをコネクタ式にすることのメリットとして、ケーブル５５を短くできることが挙げられる。第１実施形態の切替機構５０のようなネジ式では、フィルタ基板１５一端側が垂直に半田付けされたケーブル５３の他端側を冷却体６１の雌ネジ孔５１に接続する。このため、ケーブル５３は、フィルタ基板１５の接地ライン１４から垂直方向に立ち上がって延伸する第１部分と、この第１部分から外方にループを描きながら延伸する第２部分と、この第２部分から冷却体６１の雌ネジ孔５１又は絶縁性スペーサ５２に向かって延伸する第３部分とを有する。すなわち、ネジ式では、ケーブル５３に第２部分に相当する曲げＲ分が必要となる。

一方、この第２実施形態の切替機構５０Ａのようなコネクタ式では、ケーブル５５の他端側をフィルタ基板１５に水平方向に配置できるため、ネジ式での曲げＲ分が不要であり、ケーブル５５の長さをより短くすることができる。
ここで、コネクタ式は部品点数が多く、作業個数が多くなるので、従来はデメリットと考えられてきた。第１実施形態で示したネジ式では、上述のように、フィルタ基板１５一端側が垂直に半田付けされたケーブル５３の他端側を冷却体６１の雌ネジ孔５１に接続する。したがって、部品点数は最小で２点（ケーブル付きフィルタ基板１５，雄ネジ５４）となる。一方、この第２実施形態で示したコネクタ式は、ケーブル５５の一端側を冷却体６１の主面６１ａにネジ止め固定し、ケーブル５５の他端側に設けられたプラグ５７をソケット５６ａ，５６ｂに差し込んで接続する。したがって、関連する部品点数は３点となる（ソケット付きフィルタ基板１５，プラグ付きのケーブル５５，ネジ）。すなわち、従来は、コネクタ式にすると部品点数が多く、作業工数が多くなる点がデメリットであった。

しかしながら、ソケット式では、曲げＲをなくし、ケーブル５５の長さを短くできることでフィルタ回路１０の電磁ノイズ低減効果の低下を抑えることができるため、フィルタ回路１０の電磁ノイズ低減効果を最大限に活かしたい場合にはコネクタ式とすることにメリットがある。

なお、この第２実施形態では、切替機構５０Ａを２つのソケット（第１ソケット５６ａ，第２ソケット５６ｂ）の何れか一方にプラグ５７を差し込む構成としたが、ソケットの数は２つに限定されない。例えば１つのソケットをフィルタ基板１５の接地ライン１４に導通させて設置する。そして、一端側が冷却体６１の主面６１ａに導通接続されたケーブル５５の他端側に導通接続されたプラグ５７をソケットに差し込むことでフィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１とを導通させる。そして、ソケットからプラグ５７を抜くことでフィルタ基板１５の接地ライン１４と冷却体６１の主面６１ａとを非導とするようにしてもよい。

また、導通用の第１ソケット５６ａ及び非導通用の第２ソケット５６ｂは同色としてもよいが、導通用の第１ソケット５６ａと非導通用の第２ソケット５６ｂとで色分けしてもよい。例えば、導通用の第１ソケット５６ａを赤、非導通用の第２ソケット５６ｂを白とする。これにより、導通用の第１ソケット５６ａと非導通用の第２ソケット５６ｂとの区別が付き易く、差し込み間違いを防ぐことができる。また、区別が付き易くなるので、現在の状態が導通か非導通かも一目瞭然である。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る電力変換装置１Ｂは、上述の第２実施形態の電力変換装置１Ａとほぼ同様の構成になっており、以下の構成が異なっている。
すなわち、図１１に示すように、この第３実施形態に係る電力変換装置１Ｂは、第１ソケット５６ａ及び第２ソケット５６ｂが、フィルタ基板１５の第１及び第２ソケット５６ａ，５６ｂ側の辺１５ａに対して斜めに配置されている。このように、第１及び第２ソケット５６ａ，５６ｂを斜めに配置することにより、第１及び第２ソケット５６ａ，５６ｂにプラグ５７を抜き差しするときに必要なストロークを考えた場合に、第１及び第２ソケット５６ａ，５６ｂをフィルタ基板１５の辺１５ａに対して平行や直交に配置する場合と比較して狭い開口部６５ａでも抜き差しの操作が可能となる。したがって、開口部６５ａが狭くても操作性が良好な切替機構５０Ａとすることができる。

なお、上述の第１実施形態から第３実施形態では、線間コンデンサ１２及び接地コンデンサ１３が実装されたフィルタ基板１５と、フィルタ基板１５の周囲に配置されたリアクトル１１とでフィルタ回路１０を構成した場合について説明した。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではなく、他の構成においても同様に適用することができる。例えば、一つの基板に、リアクトル１１、線間コンデンサ１２及び接地コンデンサ１３を実装した場合にも適用できる。
以上、本発明を上記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記一実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

１…電力変換装置
２…商用三相電源（電源）
３…入力端子台
４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ…電源経路
５Ｐ…正極ライン
５Ｎ…負極ライン
６…出力端子台
９…三相誘導電動機（負荷）
１０…フィルタ回路
１１…リアクトル（コモンモードチョークコイル）
１２…線間コンデンサ
１３…接地コンデンサ
１４…接地ライン
１５…フィルタ基板
１６…支持体
２０…整流回路
２１…ダイオード
３０…平滑回路
３１…直流リアクトル
３２…電解コンデンサ
４０…インバータ回路
４１…半導体装置
４２ａ…上アーム
４２ｂ…下アーム
５０…切替機構
５１…雌ネジ孔（導電性接続部）
５２…絶縁性スペーサ（絶縁性接続部）
５３…ケーブル
５４…雄ネジ
５５…ケーブル
５６ａ…第１ソケット
５６ｂ…第２ソケット
５７…プラグ
５８…コネクタ
６０…筐体
６１…冷却体
６１ａ…主面
６１ｂ…冷却フィン
６２…有底枠体
６３…蓋体
６４…収納部
６４ａ…第１収納部
６４ｂ…第２収納部
６５…仕切体
６５ａ…開口部

Claims (7)

1. 電力を変換する半導体スイッチを有する半導体装置と、
   前記半導体スイッチのスイッチングにより発生する電磁ノイズの電源系統への伝導を低減するフィルタ回路と、
   前記フィルタ回路を構成する接地コンデンサが実装され、かつ前記接地コンデンサが接続された接地ラインを有するフィルタ基板と、
   主面に前記半導体装置及び前記フィルタ基板が前記主面と平行な方向に並んで取り付けられた導電性の冷却体と、
   前記接地ラインと前記主面との間の導通及び非導通を切り替える切替機構と、を備え、
   前記フィルタ基板は、前記主面との間に何も挟まず、あるいは前記冷却体と接続された部品以外の部品を挟まずに前記主面上に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 前記フィルタ基板は、支持体を介して前記主面に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 底部に前記冷却体が設けられた有底枠体と、前記有底枠体の開口側を塞ぐように前記有底枠体に開閉自在に設けられた蓋体とで形成される収納部を前記主面と直交する方向に前記冷却体側から第１収納部及び第２収納部に仕切り分けする仕切り体と、を有する筐体を更に備え、
   前記半導体装置、前記フィルタ回路、前記フィルタ基板及び前記切替機構は、前記第１収納部内に収納され、
   前記仕切り体は、前記切替機構と対向する位置に開口部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記切替機構は、
   前記主面に前記冷却体と導通して設けられた導電性接続部と、
   前記主面に前記冷却体と絶縁して設けられた絶縁性接続部と、
   一端側が前記接地ラインに接続され、他端側が前記導電性接続部及び前記絶縁性接続部の何れか一方に着脱自在に接続されるケーブルと、を具備することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記切替機構は、
   一端側が前記主面に電気的及び機械的に接続されたケーブルを具備し、更に、前記接地ラインに電気的及び機械的に接続された第１ソケット、及び前記接地ラインから電気的に分離されて前記フィルタ基板に機械的に接続された第２ソケットの何れか一方に差込まれるプラグが前記ケーブルの他端側に電気的及び機械的に接続されたコネクタを具備することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記第１ソケット及び前記第２ソケットは、前記フィルタ基板の前記第１ソケット及び前記第２ソケット側の辺に対して斜めに配置されていることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記第１ソケット及び第２ソケットは色分けされていることを特徴とする請求項５又は６に記載の電力変換装置。

Images