特開 2024-87317 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024087317

(43)【公開日】2024-07-01

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240624BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022202073

(22)【出願日】2022-12-19

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 史宏

(72)【発明者】

【氏名】田邉 啓輔

(72)【発明者】

【氏名】濱埜 晃嗣

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 宏義

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770AA05

5H770AA21

5H770BA01

5H770CA02

5H770DA03

5H770DA41

5H770FA04

5H770JA11W

5H770JA17W

5H770JA18Z

5H770LA01W

5H770QA01

5H770QA02

5H770QA22

5H770QA33

5H770QA37

(57)【要約】

【課題】小型化と安定動作とを両立できる電力変換装置を提供する。
【解決手段】平滑コンデンサ２１は、直流電圧の高側電位を出力し、平滑コンデンサ２２は、平滑コンデンサ２１に直列に接続され、直流電圧の低側電位を出力する。インバータ回路１０３は、平滑コンデンサ２１，２２から出力される直流電圧を交流電圧に変換する。制御回路１０４は、インバータ回路１０３を制御する。主回路基板６１には、インバータ回路１０３が実装される。平滑コンデンサ２１，２２のそれぞれは、最長サイズを定める軸方向が主回路基板６１の面方向と略平行になるように配置されている。平滑コンデンサ２１は、平滑コンデンサ２２よりも制御回路１０４から離れた位置に配置されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流電圧の高側電位を出力する第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサに直列に接続され、前記直流電圧の低側電位を出力する第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサから出力される前記直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路を制御する制御回路と、
前記インバータ回路が実装される第１の基板と、
を備え、
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサのそれぞれは、最長サイズを定める軸方向が前記第１の基板の面方向と略平行になるように配置されており、
前記第１のコンデンサは、前記第２のコンデンサよりも前記制御回路から離れた位置に配置されている、
電力変換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電力変換装置において、
さらに、前記第１の基板に実装され、外部からの交流電圧を整流して前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサを充電する整流回路を備え、
前記第１のコンデンサは、前記外部からの交流電圧の正の半周期で充電され、
前記第２のコンデンサは、前記外部からの交流電圧の負の半周期で充電される、
電力変換装置。

【請求項3】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記制御回路は、前記第１の基板に実装され、
前記第１のコンデンサは、前記第２のコンデンサよりも前記第１の基板から離れた位置に配置されている、
電力変換装置。

【請求項4】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサのそれぞれは、同一の面に正極端子と負極端子とを備えている、
電力変換装置。

【請求項5】

請求項４に記載の電力変換装置において、
さらに、前記第１の基板の面に対する略垂直方向を面方向として配置される第２の基板を備え、
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、前記第２の基板に実装されている、
電力変換装置。

【請求項6】

請求項５に記載の電力変換装置において、
前記第２の基板には、突起部が形成されており、
前記第１の基板には、前記突起部に嵌合する開口部が形成されている、
電力変換装置。

【請求項7】

請求項５に記載の電力変換装置において、
前記第１のコンデンサまたは前記第２のコンデンサの前記正極端子および前記負極端子は、それぞれ、前記第２の基板と、電線とを介して前記第１の基板に電気的に接続されている、
電力変換装置。

【請求項8】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１のコンデンサは、接合部材を介して前記第１の基板に物理的に接合されている、
電力変換装置。

【請求項9】

請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとは、接合部材を介して互いに物理的に接合されている、
電力変換装置。

【請求項10】

請求項１に記載の電力変換装置において、
さらに、前記第１の基板に電気的に接続される第３の基板を備え、
前記制御回路は、前記第３の基板に実装され、
前記第１のコンデンサは、前記第２のコンデンサよりも前記第３の基板から離れた位置に配置されている、
電力変換装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の電力変換装置において、
前記第３の基板は、前記第１の基板の面に対する略垂直方向を面方向として配置されている、
電力変換装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の電力変換装置において、
前記第１のコンデンサは、前記第２のコンデンサよりも前記第１の基板から離れた位置に配置されている、
電力変換装置。

【請求項13】

請求項１２に記載の電力変換装置において、
さらに、前記第１の基板の面に対する略垂直方向を面方向として配置される第２の基板を備え、
前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサは、前記第２の基板に実装されている、
電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本発明は、電力変換装置に関し、例えば、モータ等の負荷に交流電力を供給する電力変換装置に関する。

【技術分野】

【0002】

モータ駆動用電力変換装置は、一般的に、交流電圧を直流電圧に変換する整流部、直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、直流電圧を交流電圧に逆変換するインバータ回路で構成される。整流部は、交流電圧の電圧値によって主に２種類の回路方式が用いられ、交流電圧が２００Ｖを超える場合は全波整流回路、交流電圧が１００Ｖ～１２０Ｖ程度の場合は倍電圧整流回路が用いられる。倍電圧整流回路を用いると、交流電圧のピーク値の約２倍の直流電圧を得ることができる。

【0003】

２種類の回路方式、すなわち全波整流回路および倍電圧整流回路を兼用する構成として、特許文献１には、モータの回転速度に応じて全波整流、倍電圧整流を切り替えるモータ駆動用電力変換装置が記されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－３１９６７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に示される電力変換装置は、特許文献１の図１に示されるスイッチを導通させることで、倍電圧整流回路を動作させるものとなっている。当該図１に示されるように、倍電圧整流回路は、直流電圧の高側電位ノードと交流電源との間に接続された第１電解コンデンサと、交流電源と直流電圧の低側電位ノードとの間に接続された第２電解コンデンサとを備える。また、特許文献１の図７には、インバータ回路と第１、第２電解コンデンサとの位置関係が記されている。第１、第２電解コンデンサは、インバータ回路が実装された基板上に、第１、第２電解コンデンサの高さ方向が基板の面に対する垂直方向となるように実装されている。

【0006】

倍電圧整流回路は、動作原理上、交流電圧の正負いずれかの半周期内でのみ電解コンデンサを充電する。このため、倍電圧整流回路を用いると、交流電圧の正負どちらでも充電する全波整流回路を用いる場合と比べて、リップル電流が大きくなり得る。これに伴い、同一出力容量の全波整流回路と倍電圧整流回路とに同一静電容量の電解コンデンサを適用した場合、倍電圧整流回路の方が電解コンデンサの発熱が大きくなる傾向にある。そのため、同一出力容量の整流回路で比較した場合、倍電圧整流回路に用いる電解コンデンサの静電容量は、全波整流回路に用いる電解コンデンサの静電容量に比べて大きく設計するのが一般的となっている。

【0007】

なお、倍電圧整流回路に用いられる電解コンデンサは、全波整流回路に用いられる電解コンデンサに比べて耐圧を約半分にできる。ただし、電力変換装置の仕様によっては、このような耐圧低減による電解コンデンサの体積の減少分よりも、前述した静電容量が大きくなることによる体積の増加分の方が、大きくなり得る。一般的に、電解コンデンサは、静電容量が大きくなるほど径方向、若しくは高さ方向が大きくなる。このため、倍電圧整流回路を備えた電力変換装置において、特許文献１に示されるような方向に電解コンデンサを実装した場合、電解コンデンサの径方向、若しくは高さ方向のサイズアップや、別途平滑コンデンサを配置することによる基板面積の増大に起因して、電力変換装置のサイズが大きくなるおそれがあった。

【0008】

また、一般的に、電解コンデンサのケース電位は、負極端子電位と正極端子電位の間の不定電位となる。このため、例えば、インバータ回路の電流検出信号やゲート信号等、直流電圧の低側電位を基準に生成される弱電信号の配線が、直流電圧の高側電位を出力する第１電解コンデンサに近接した場合、ケース電位と弱電信号の電位と間に高い電位差が生じる。その結果、弱電信号に大きなノイズが重畳することで、誤動作が生じるおそれがあった。そして、このような誤動作の問題は、電力変換装置のサイズが小さくなるほど、より顕著になり得る。

【0009】

本発明は、このようなことに鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、小型化と安定動作とを両立できる電力変換装置を提供することにある。

【0010】

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0011】

一実施の形態における電力変換回路は、第１および第２のコンデンサと、インバータ回路と、制御回路と、第１の基板とを備える。第１のコンデンサは、直流電圧の高側電位を出力し、第２のコンデンサは、第１のコンデンサに直列に接続され、直流電圧の低側電位を出力する。インバータ回路は、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサから出力される直流電圧を交流電圧に変換する。制御回路は、インバータ回路を制御する。第１の基板には、インバータ回路が実装される。第１および第２のコンデンサのそれぞれは、最長サイズを定める軸方向が第１の基板の面方向と略平行になるように配置されている。第１のコンデンサは、第２のコンデンサよりも制御回路から離れた位置に配置されている。

【発明の効果】

【0012】

本願において開示される発明のうち、代表的な実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すると、電力変換装置において、小型化と安定動作とを両立することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施の形態１による電力変換装置の概略構成例を示す回路図である。

【図2】図１における制御回路の構成例を示す回路図である。

【図3】図１に示される電力変換装置の外形例を示す鳥瞰図である。

【図4】図３に示される電力変換装置を別方向から見た側面図である。

【図5】実施の形態２による電力変換装置において、図３とは異なる外形例を示す鳥瞰図である。

【図6】図５に示される電力変換装置を別方向から見た側面図である。

【図7】図５において、コンデンサ基板の主回路基板への物理的な固定方法の一例を示す図である。

【図8】実施の形態３による電力変換装置において、図５とは異なる外形例を示す鳥瞰図である。

【図9】図８に示される電力変換装置を別方向から見た側面図である。

【図10】実施の形態４による電力変換装置において、図８とは異なる外形例を示す鳥瞰図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

【0015】

（実施の形態１）
＜電力変換装置の回路構成＞
図１は、実施の形態１による電力変換装置の概略構成例を示す回路図である。図１に示される電力変換装置１は、整流回路１０１と、平滑コンデンサユニット１０２と、インバータ回路１０３と、制御回路１０４と、突入電流制限回路１０５とを備える。平滑コンデンサユニット１０２は、直流電圧の高側電位ＶＰを出力する平滑コンデンサ（第１のコンデンサ）２１と、平滑コンデンサ２１に直列に接続され、直流電圧の低側電位ＶＮを出力する平滑コンデンサ（第２のコンデンサ）２２とを備える。

【0016】

整流回路１０１は、外部からの交流電圧２を、ダイオード１１，１２を用いて整流し、整流した直流電圧で平滑コンデンサユニット１０２内の平滑コンデンサ２１，２２を充電する。平滑コンデンサユニット１０２は、整流回路１０１から入力された直流電圧を平滑する。インバータ回路１０３は、平滑コンデンサユニット１０２から出力される直流電圧を交流電圧に変換する。制御回路１０４は、インバータ回路１０３を制御する。

【0017】

図１に示されるように接続された整流回路１０１および平滑コンデンサユニット１０２は、一般的に、倍電圧整流回路と呼ばれている。交流電圧２の正の半周期では、ダイオード１１が導通して平滑コンデンサ２１が充電され、交流電圧２の負の半周期では、ダイオード１２が導通して平滑コンデンサ２２が充電される。

【0018】

このように、平滑コンデンサ２１，２２が交互に充電される結果、例えば、交流電圧２の実効値が１００Ｖである場合、平滑コンデンサ２１，２２のそれぞれの両端電圧は、交流電圧２のピーク電圧である１４１Ｖ程度となる。これにより、平滑コンデンサユニット１０２から出力される直流電圧、すなわち、低側電位ＶＮを基準とした高側電位ＶＰの電圧は、平滑コンデンサ２１，２２の両端電圧の合計値である２８２Ｖ程度となる。

【0019】

このような電力変換装置１に適用される平滑コンデンサ２１，２２には、フィルムコンデンサやセラミックコンデンサ等、種々のコンデンサを適用可能である。ただし、大きな静電容量により直流電圧を平滑する観点や、高耐圧を得る観点で、平滑コンデンサ２１，２２には、電解コンデンサが用いられる場合が多い。そこで、実施の形態では、平滑コンデンサ２１，２２は、主に、電解コンデンサであるものとして説明する。

【0020】

インバータ回路１０３は、スイッチング素子３１～３６を備え、負荷の一例であるモータ３に交流電力を出力する。図１に示されるスイッチング素子３１～３６は、代表例としてＩＧＢＴで構成されるが、ＭＯＳＦＥＴ等の他のパワー半導体トランジスタで構成されてもよい。制御回路１０４は、モータ３やスイッチング素子３１～３６に流れる電流を検出し、モータ３を所望の動作とするようにスイッチング素子３１～３６に駆動信号を出力する。

【0021】

突入電流制限回路１０５は、限流抵抗５１およびリレー５２を備え、交流電圧２の投入時における平滑コンデンサ２１，２２への充電電流、すなわち大きな突入電流を制限する目的で設けられる。交流電圧２の投入直後等、直流電圧の高側電位ＶＰと低側電位ＶＮとの電位差が所定の値より低い場合、リレー５２は、オフ状態に制御される。その結果、平滑コンデンサ２１，２２は、限流抵抗５１による制限された電流で充電される。その後、平滑コンデンサ２１，２２が所定の電圧値以上に充電されると、リレー５２はオン状態に制御される。なお、リレー５２は、サイリスタ等の別の素子に置き換え可能である。

【0022】

先に述べた通り、平滑コンデンサ２１は、交流電圧２の正の半周期で充電され、平滑コンデンサ２２は、交流電圧２の負の半周期で充電される。従って、リレー５２がオン状態であると仮定すると、平滑コンデンサ２１は、直流電圧の高側電位ＶＰと交流電圧２との間を平滑し、平滑コンデンサ２２は、交流電圧２と直流電圧の低側電位ＶＮとの間を平滑する。

【0023】

一般的に、電解コンデンサのケース電位は、電解コンデンサの負極端子電位と正極端子電位との間の不定電位となる。このため、平滑コンデンサ２１のケース電位は、直流電圧の高側電位ＶＰと交流電圧２の間の大きさとなり、平滑コンデンサ２２のケース電位は、交流電圧２と直流電圧の低側電位ＶＮの間の大きさとなる。一例として、直流電圧が２８２Ｖである場合、直流電圧の低側電位ＶＮを基準とすると、平滑コンデンサ２２のケース電位は０Ｖから１４１Ｖの間の値となり、平滑コンデンサ２１のケース電位は、１４１Ｖから２８２Ｖの間の値となる。

【0024】

図２は、図１における制御回路１０４の構成例を示す回路図である。図２に示される制御回路１０４は、電流検出抵抗４１と、増幅回路４２と、マイクロコントローラ４３と、ゲートドライバ４４とを備える。電流検出抵抗４１は、インバータ回路１０３に流れる電流を、例えば～１Ｖ程度の電圧信号に変換し、当該電圧信号を増幅回路４２に出力する。増幅回路４２は、入力された電圧信号を数Ｖ程度まで増幅し、それを電流検出信号としてマイクロコントローラ４３に出力する。

【0025】

マイクロコントローラ４３は、入力された電流検出信号に基づき、数Ｖ程度の駆動信号をゲートドライバ４４に出力する。ゲートドライバ４４は、マイクロコントローラ４３からの駆動信号に基づき、例えば、十数Ｖ程度のゲート信号をインバータ回路１０３に出力する。増幅回路４２やマイクロコントローラ４３は、図示は省略されるが、例えば、直流電圧の低側電位ＶＮを基準とした数Ｖ程度の電源電圧によって動作する。

【0026】

この様に、インバータ回路１０３は、直流電圧の低側電位ＶＮを基準に２８２Ｖ程度の電圧を扱う強電部であるのに対し、制御回路１０４は、直流電圧の低側電位ＶＮを基準に数～十数Ｖ程度の電圧を扱う弱電部である。なお、マイクロコントローラ４３やゲートドライバ４４の電源電圧は、例えば、図示しない電源回路によって別途生成される。

【0027】

＜電力変換装置の外形＞
図３は、図１に示される電力変換装置の外形例を示す鳥瞰図であり、図４は、図３に示される電力変換装置を別方向から見た側面図である。図３および図４に示される電力変換装置１ａは、図１に示した構成例に対し、主要な大型部品として、主回路基板（第１の基板）６１、主回路端子台６２、電線７１～７３、および過電圧保護素子８１が追加されている。また、図３および図４では、互いに直交する方向を、幅方向Ｗ、奥行方向Ｄ、高さ方向Ｈとし、幅方向Ｗおよび高さ方向Ｈで定められる面方向を、主回路基板６１の面方向に定めている。図４には、奥行方向Ｄおよび高さ方向Ｈで定められる面を側面とした場合の外形例が示される。

【0028】

主回路基板（第１の基板）６１には、整流回路１０１、インバータ回路１０３、制御回路１０４、限流抵抗５１、リレー５２、主回路端子台６２、および過電圧保護素子８１が実装される。これらは、主回路基板６１上の配線パターンを介して適宜接続されている。主回路端子台６２には、交流電圧２の入力端子や、モータ３への出力端子といった主回路電流を通電するための端子が設けられる。主回路端子台６２に入力された交流電圧２は、主回路基板６１上の配線パターンを介して、一方は整流回路１０１に、他方は、限流抵抗５１およびリレー５２、すなわち突入電流制限回路１０５にそれぞれ伝送される。

【0029】

主回路基板６１において、整流回路１０１から出力される直流電圧の高側電位ＶＰのノード、低側電位ＶＮのノード、および突入電流制限回路１０５の出力ノードは、電線７１～７３を介して平滑コンデンサ２１，２２の正極端子および負極端子に接続される。具体的には、主回路基板６１における高側電位ＶＰのノードは、電線７１を介して平滑コンデンサ２１の正極端子に接続される。主回路基板６１における低側電位ＶＮのノードは、電線７３を介して平滑コンデンサ２２の負極端子に接続される。突入電流制限回路１０５の出力ノード、ひいては、交流電圧２の負極側のノードは、電線７２を介して平滑コンデンサ２１の負極端子および平滑コンデンサ２２の正極端子に共通に接続される。

【0030】

また、主回路基板６１において、直流電圧の高側電位ＶＰおよび低側電位ＶＮの各ノードは、主回路基板６１上の配線パターンを介してインバータ回路１０３にも接続される。インバータ回路１０３から出力される３相の交流電圧は、主回路基板６１上の配線パターンを介して主回路端子台６２に伝送される。制御回路１０４は、この例では、主回路基板６１上に実装され、図２に示したように、直流電圧の低側電位ＶＮのノードと、インバータ回路１０３と、図示しない電源電圧のノードとに、主回路基板６１上の配線パターンを介して接続される。

【0031】

過電圧保護素子８１は、静電気などの高電圧から半導体素子を保護する目的で設けられる。一例として、過電圧保護素子８１は、整流回路１０１のダイオード１１，１２を保護する目的で、直流電圧の高側電位ＶＰと低側電位ＶＮとの間や、交流電圧２の線間等に接続されるバリスタ素子等である。

【0032】

ここで、例えば、特許文献１において、平滑コンデンサ２１，２２は、その最長サイズを定める軸方向が主回路基板６１の面に対する略垂直方向となるように、主回路基板６１上に配置される。特に、図４に示されるように、同一の面に正極端子と負極端子とを備えた電解コンデンサを用いる場合、通常、このような配置になり得る。しかしながら、この場合、平滑コンデンサ２１，２２における最長サイズが増大すると、図３における奥行方向Ｄのサイズが増大することで電力変換装置の大型化が生じ得る。

【0033】

そこで、図３および図４に示される電力変換装置１ａでは、平滑コンデンサ２１，２２のそれぞれは、最長サイズを定める軸方向、この例では高さ方向Ｈが、主回路基板６１の面方向と略平行になるように配置されている。これにより、図３における奥行方向Ｄのサイズの増大を抑制でき、電力変換装置１ａの小型化を実現できる。

【0034】

さらに、高側電位ＶＰを出力する平滑コンデンサ２１は、低側電位ＶＮを出力する平滑コンデンサ２２よりも制御回路１０４から離れた位置に配置されている。この例では、制御回路１０４は、主回路基板６１に実装されているため、平滑コンデンサ２１は、平滑コンデンサ２２よりも主回路基板６１から離れた位置に配置されている。具体的には、この例では、平滑コンデンサ２１は、奥行方向Ｄにおいて、平滑コンデンサ２２に積層搭載されている。

【0035】

前述したように、平滑コンデンサ２１のケース電位は、直流電圧の高側電位ＶＰと交流電圧２の間の大きさとなり、平滑コンデンサ２２のケース電位は、交流電圧２と直流電圧の低側電位ＶＮの間の大きさとなる。従って、制御回路１０４のように、直流電圧の低側電位ＶＮを基準に動作する弱電部と、平滑コンデンサ２１とが近接した場合、弱電部と平滑コンデンサ２１のケースとの空間に、最低でも１４１Ｖ程度の電位差が生じ得る。その結果、平滑コンデンサ２１から弱電部へ大きなノイズが伝搬され、制御回路１０４等の誤動作が生じるおそれがある。

【0036】

そこで、図３および図４に示されるように、平滑コンデンサ２１を、主回路基板６１から奥行方向Ｄに適切な距離を設けて配置することが有益となる。これにより、制御回路１０４等の誤動作を防止でき、前述した電力変換装置１の小型化に加えて、安定動作を実現することが可能になる。なお、ここでは、平滑コンデンサ２１，２２は、同一の面に正極端子と負極端子とを備えたが、場合によっては、対向する２個の面の一方に正極端子を、他方に負極端子を備えてもよい。この場合、図４において、例えば、平滑コンデンサ２１，２２の右側に電線７１，７３が接続され、左側に電線７２が接続されるような構成となる。

【0037】

また、図３および図４では、平滑コンデンサ２１，２２が奥行方向Ｄに積層搭載される例を示したが、平滑コンデンサ２２よりも平滑コンデンサ２１の方が制御回路１０４から離れた位置に配置される限り、平滑コンデンサ２１，２２の配置は適宜変更されてもよい。ただし、例えば、図３において、制御回路１０４と平滑コンデンサ２２と平滑コンデンサ２１とを順に幅方向Ｗに並べた場合、主回路基板６１の面積が大きくなり得る。一方、主回路基板６１の面積は、電力変換装置１の適用先の都合で制約される場合がある。この観点では、平滑コンデンサ２１，２２は、奥行方向Ｄに並べることが望ましい。

【0038】

さらに、実施の形態１の方式は、平滑コンデンサ２１，２２が直列に接続される構成であれば、単相の倍電圧整流回路に限らず、三相全波整流回路等の他の回路に適用することも可能である。一例として、三相全波整流回路において、耐圧を容易に確保する観点から、４００Ｖ耐圧仕様の１個の平滑コンデンサを、直列接続された２００Ｖ耐圧仕様の２個の平滑コンデンサに置き換えたような構成にも適用され得る。この場合、図４において、電線７２は、平滑コンデンサ２１の負極端子と平滑コンデンサ２２の正極端子とを接続するが、主回路基板６１に接続される必要はない。

【0039】

また、図示は省略されるが、平滑コンデンサ２１，２２は、主回路基板６１に対して、様々な方式を用いて固定され得る。例えば、電線７１～７３を、剛性の高い銅バー等で構成する方式が挙げられる。または、主回路基板６１と平滑コンデンサ２２、および、平滑コンデンサ２２と平滑コンデンサ２１を、それぞれ接合部材で固定する方式が挙げられる。あるいは、電力変換装置１aを収納する図示しないカバー部材を利用し、平滑コンデンサ２１，２２を固定できるようにカバー部材の形状を定める方式や、当該カバー部材に平滑コンデンサ２１，２２を固定するためのホルダーを取り付ける方式等が挙げられる。

【0040】

＜実施の形態１の主要な効果＞
以上、実施の形態１の方式では、平滑コンデンサ２１，２２は、最長サイズを定める軸方向が主回路基板６１の面方向と略平行になるように配置され、高側電位ＶＰを出力する平滑コンデンサ２１は、低側電位ＶＮを出力する平滑コンデンサ２２よりも制御回路１０４から離れた位置に配置される。これにより、電力変換装置１，１ａにおいて、小型化と安定動作とを両立することが可能になる。

【0041】

（実施の形態２）
＜電力変換装置の外形＞
図５は、実施の形態２による電力変換装置において、図３とは異なる外形例を示す鳥瞰図であり、図６は、図５に示される電力変換装置を別方向から見た側面図である。図５および図６に示される電力変換装置１ｂでは、図３に示した構成例に対して、コンデンサ基板（第２の基板）６３が追加されている。コンデンサ基板６３は、主回路基板６１の面に対する略垂直方向を面方向として配置される。すなわち、コンデンサ基板６３の面方向は、幅方向Ｗおよび奥行方向Ｄで定められる面方向である。

【0042】

図３および図４に示した構成例では、平滑コンデンサ２１，２２は、電線７１～７３のみを介して主回路基板６１に接続されていた。従って、図３および図４に示した構成例を用いて平滑コンデンサ２１，２２を主回路基板６１に固定するためには、例えば、電線７１～７３に銅バー等を適用する等、何からの工夫が必要であった。

【0043】

一方、図５および図６では、コンデンサ基板６３が設けられ、平滑コンデンサ２１，２２は、当該コンデンサ基板６３に実装されている。コンデンサ基板６３は、平滑コンデンサ２１，２２を接続するためのスルーホールを備えており、平滑コンデンサ２１，２２は当該スルーホールにはんだ等で接続されることで、コンデンサ基板６３に固定される。

【0044】

電線７１～７３は、一端が、コンデンサ基板６３に設けたスルーホールにはんだ等で接続され、他端が、主回路基板６１に設けたスルーホールにはんだ等で接続される。これにより、平滑コンデンサ２１，２２は、コンデンサ基板６３を介して主回路基板６１に物理的に固定される。また、平滑コンデンサ２１，２２の正極端子および負極端子は、コンデンサ基板６３と、電線７１～７３とを介して主回路基板６１に電気的に接続される。

【0045】

図７は、図５において、コンデンサ基板６３の主回路基板６１への物理的な固定方法の一例を示す図である。なお、図７では、基板同士の接触部分を明確に示すため、平滑コンデンサ２１，２２は図示されない。図７に示されるように、コンデンサ基板６３の端部には、奥行方向Ｄに突出するように、突起部が形成されている。一方、主回路基板６１には、当該コンデンサ基板６３の突起部に嵌合する開口部が形成されている。

【0046】

図７に示す通り、コンデンサ基板６３に設けた突起部を主回路基板６１に設けた開口部に嵌合させることで、コンデンサ基板６３を主回路基板６１に対して自立させることが可能となる。また、コンデンサ基板６３と主回路基板６１との位置関係が、固定的に定められるため、主回路基板６１に対する平滑コンデンサ２１，２２の位置も、固定的に定められる。

【0047】

ここで、図５～図７に示した電力変換装置１ｂは、例えば、次のような手順で組み立てられる。まず、電線７１～７３の一端が、コンデンサ基板６３にはんだ付けされ、続いて、平滑コンデンサ２１，２２がコンデンサ基板６３に実装される。その後、コンデンサ基板６３が主回路基板６１に取り付けられ、電線７１～７３の他端が主回路基板６１にはんだ付けされる。この際に、図７に示したように、コンデンサ基板６３を主回路基板６１に挿入できる仕組みを用いることで、位置決めを含めた一連の組み立て工程を容易化することができる。

【0048】

なお、ここでは、コンデンサ基板６３を、主回路基板６１に対する平滑コンデンサ２１，２２の物理的な固定手段として用いたが、加えて、電気的な接続手段として用いることも可能である。具体的には、例えば、主回路基板６１に電気端子を含んだスロットを実装し、コンデンサ基板６３の端部に、平滑コンデンサ２１，２２の正極端子および負極端子に配線パターンを介して接続される電気端子を形成する。当該コンデンサ基板６３の端部は、主回路基板６１のスロットに挿入される。これにより、コンデンサ基板６３と主回路基板６１は、物理的に固定され、また、電気的にも接続される。

【0049】

ただし、この場合、主回路基板６１には、大電流に対応した比較的大型のスロットを設ける必要がある。この場合、主回路基板６１上にスロットの実装領域を大きく確保する必要があり、さらに、スロットの部品コストも必要とされる。一方、図５～図７に示したような方式を用いる場合、このようなスロットの実装領域は不要となり、さらに、スロットの部品コストも必要とされない。

【0050】

＜実施の形態２の主要な効果＞
以上、実施の形態２の方式を用いることで、実施の形態１で述べた各種効果と同様の効果が得られる。さらに、コンデンサ基板６３を設けることで、実施の形態１の方式と比較して、部品コストは増大し得るが、主回路基板６１に対して平滑コンデンサ２１，２２を物理的に固定し易くなり、また、組み立て工程を容易化することも可能になる。

【0051】

（実施の形態３）
＜電力変換装置の外形＞
図８は、実施の形態３による電力変換装置において、図５とは異なる外形例を示す鳥瞰図であり、図９は、図８に示される電力変換装置を別方向から見た側面図である。図８および図９に示される電力変換装置１ｃでは、図５に示した構成例に対して、２個の接合部材６４が追加されている。２個の接合部材６４の一方は、平滑コンデンサ２２と主回路基板６１とを物理的に接合し、２個の接合部材６４の他方は、平滑コンデンサ２１と平滑コンデンサ２２とを物理的に接合する。

【0052】

例えば、実施の形態２で述べた方式によって、平滑コンデンサ２１，２２の位置を、主回路基板６１、コンデンサ基板６３を介して定めた場合、寸法公差により平滑コンデンサ２２と主回路基板６１の間や、平滑コンデンサ２１と平滑コンデンサ２２の間に間隙を生じ得る。当該間隙は、例えば、輸送中等に製品が振動した際に、平滑コンデンサ２１，２２の振動を誘発するおそれがある。このため、当該間隙を絶縁物により埋めて、平滑コンデンサ２１，２２を固定することが望まれる。

【0053】

そこで、図８および図９に示される電力変換装置１ｃは、当該間隙に対し、接合部材６４を適用することにより間隙を埋める構成となっている。接合部材６４として、具体的には、接着剤や、粘着テープや、硬化性ゴム等を適用可能である。

【0054】

＜実施の形態３の主要な効果＞
以上、実施の形態３の方式を用いることで、実施の形態２で述べた各種効果と同様の効果が得られる。さらに、接合部材６４によって、主回路基板６１に対して平滑コンデンサ２１，２２をより強固に固定することが可能になる。

【0055】

（実施の形態４）
＜電力変換装置の外形＞
図１０は、実施の形態４による電力変換装置において、図８とは異なる外形例を示す鳥瞰図である。図１０に示される電力変換装置１ｄでは、図８に示した構成例に対して、主回路基板６１に電気的に接続される制御基板（第３の基板）６５が追加されている。制御基板６５は、コンデンサ基板６３と同様に、主回路基板６１の面に対する略垂直方向を面方向として配置されている。

【0056】

具体的には、制御基板６５は、主回路基板６１の片方の面上において、コンデンサ基板６３と略直交する向きに配置されている。すなわち、制御基板６５の面方向は、奥行方向Ｄおよび高さ方向Ｈで定められる面方向であり、コンデンサ基板６３の面方向は、奥行方向Ｄおよび幅方向Ｗで定められる面方向である。制御回路１０４は、図８の場合のような主回路基板６１上ではなく、制御基板６５上に実装される。

【0057】

このため、高側電位ＶＰを出力する平滑コンデンサ２１は、低側電位ＶＮを出力する平滑コンデンサ２２よりも、制御回路１０４を実装した制御基板６５から離れた位置に配置されている。また、制御回路１０４等からの弱電信号は、制御基板６５を介して主回路基板６１上にも伝送される。このため、平滑コンデンサ２１は、平滑コンデンサ２２よりも、主回路基板６１からも離れた位置に配置されている。

【0058】

ここで、実施の形態１で述べた弱電部は、制御回路１０４に限らず、例えば、外部インタフェースとの通信回路、制御用の電源回路、機能安全回路等のように、電力変換装置の機能次第で種々の回路を含み得る。このような機能追加に伴い、主回路基板６１に弱電部の実装領域を十分に確保できない場合、主回路基板６１の面積、すなわち幅方向Ｗまたは高さ方向Ｈのサイズを拡大するのではなく、図１０に示したような制御基板６５を別途設けることが有益となる。この場合、例えば、制御基板６５は弱電部を担い、主回路基板６１は強電部を担う。

【0059】

図１０に示した例では、制御基板６５は、平滑コンデンサ２１，２２の積層方向と同じ方向、すなわち奥行方向Ｄに延伸している。このため、電力変換装置１ｄの大型化を抑制することができる。また、この際には、装置サイズの観点で、制御基板６５の奥行方向Ｄのサイズは、積層された平滑コンデンサ２１，２２の奥行方向Ｄのサイズを可能な限り超えないことが望ましい。

【0060】

なお、図１０に示した例では、制御基板６５は、主回路基板６１に対して略垂直に配置されているが、この限りではなく、場合によっては、主回路基板６１に対して略平行に配置されてもよい。また、制御基板６５の寸法は、電力変換装置の仕様次第であり、図１０に示した寸法に限らない。

【0061】

＜実施の形態４の主要な効果＞
以上、実施の形態４の方式を用いることで、実施の形態３で述べた各種効果と同様の効果が得られる。さらに、制御基板６５を設けることで、電力変換装置１ｄの大型化を抑制しつつ、弱電部の実装面積を拡大することが可能になり、その上で、弱電部から平滑コンデンサ２１を遠ざけることで、電力変換装置１ｄの安定動作を実現できる。

【0062】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の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で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0063】

１、１a～１ｄ 電力変換装置
１０１ 整流回路
１０３ インバータ回路
１０４ 制御回路
２１，２２ 平滑コンデンサ
６１ 主回路基板
６３ コンデンサ基板
６４ 接合部材
６５ 制御基板
７１～７３ 電線
ＶＰ 高側電位
ＶＮ 低側電位

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】