電力変換装置
【課題】産業用車両に好適に利用可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】ハイサイドトランジスタＭＨＵは、対応する相の出力端子ＯＵＴＵと上側電源ラインＬＰの間に設けられ、電気的に並列なＮ個（Ｎは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニット１４Ｕ１〜Ｎを含む。ローサイドトランジスタＭＬＵは、対応する相の出力端子ＯＵＴＵと下側電源ラインＬＮの間に設けられ、電気的に並列なＮ個のローサイドトランジスタユニット１６Ｕ１〜Ｎを含む。スナバ回路１２は、それぞれが、ひとつのハイサイドトランジスタユニット１４およびそれと対応するひとつのローサイドトランジスタユニット１６のペアごとに設けられる。ハイサイドトランジスタＭＨＵ、ローサイドトランジスタＭＬＵおよびＮ個のスナバ回路１２Ｕ１〜Ｎは、金属ベース基板上に実装される。
【解決手段】ハイサイドトランジスタＭＨＵは、対応する相の出力端子ＯＵＴＵと上側電源ラインＬＰの間に設けられ、電気的に並列なＮ個（Ｎは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニット１４Ｕ１〜Ｎを含む。ローサイドトランジスタＭＬＵは、対応する相の出力端子ＯＵＴＵと下側電源ラインＬＮの間に設けられ、電気的に並列なＮ個のローサイドトランジスタユニット１６Ｕ１〜Ｎを含む。スナバ回路１２は、それぞれが、ひとつのハイサイドトランジスタユニット１４およびそれと対応するひとつのローサイドトランジスタユニット１６のペアごとに設けられる。ハイサイドトランジスタＭＨＵ、ローサイドトランジスタＭＬＵおよびＮ個のスナバ回路１２Ｕ１〜Ｎは、金属ベース基板上に実装される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般的な電力変換装置（インバータ）２の構成を示す回路図である。電力変換装置２は、モータをはじめとする負荷４を駆動するために利用される。電力変換装置２は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ごとに設けられたハイサイドトランジスタＭＨ（Ｕ〜Ｗ）およびローサイドトランジスタＭＬ（Ｕ〜Ｗ）と、各相のハイサイドトランジスタＭＨ（Ｕ〜Ｗ）、ローサイドトランジスタＭＬ（Ｕ〜Ｗ）を駆動するゲートドライブ回路１０と、各相毎に設けられたスナバ回路１２（Ｕ〜Ｗ）を備える。
【０００３】
負荷に大電流を供給する場合、ハイサイドトランジスタＭＨおよびローサイドトランジスタＭＬとして大容量のパワートランジスタが使用される。大容量のパワートランジスタにノイズが印加されると回路の信頼性を損なうおそれがあるため、これを防止するために、大型のスナバ回路が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２５１４０号公報
【特許文献２】特開２００４−１１２９９９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には、パワーモジュール（パワートランジスタ）の外側に、ブスバーを介して大容量のスナバ回路を接続する構成が開示される。一般にパワーモジュールの内部には、その容量に応じた個数のシリコンチップが内蔵される。この構成では、各シリコンチップとスナバ回路との距離が不均一となるため、スナバ回路との電気的な距離が遠いシリコンチップ上に形成されるトランジスタに対しては、十分なサージ抑制効果が得られないという問題が生ずる。
【０００６】
またフォークリフトをはじめとする産業用車両では、インバータの高周波化が進んでおり、高周波のサージノイズを抑制する必要がある。ところが特許文献１の構成では、個々のパワーモジュールごとに大容量のスナバ回路が設けられるため、スナバ回路を構成する回路素子、たとえばキャパシタの容量値が大きくなる。キャパシタの周波数特性は、その容量の増大とともに劣化するため、これにより、高い周波数のサージを抑制することが困難となる。
【０００７】
さらに産業用車両では、振動に対する耐性が重要である。特許文献１の構成では、スナバ回路が大容量の、すなわち大型で重い回路部品を用いて構成されており、それらがブスバー上にねじ止めされるため、振動が、回路の長期的な信頼性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００８】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、産業用車両に好適に利用可能な電力変換装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は、フォークリフトに搭載され、モータに電力を供給する電力変換装置に関する。電力変換装置は、上側電源ラインと、下側電源ラインと、各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と上側電源ラインの間に設けられたハイサイドトランジスタと、各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と下側電源ラインの間に設けられたローサイドトランジスタと、Ｎ個のスナバ回路と、金属ベース基板と、を備える。
ハイサイドトランジスタは、電気的に並列なＮ個（Ｎは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニットを含んで構成される。ローサイドトランジスタは、電気的に並列なＮ個のローサイドトランジスタユニットを含んで構成される。Ｎ個のスナバ回路はそれぞれが、ひとつのハイサイドトランジスタユニットおよびそれと対応するひとつのローサイドトランジスタユニットのペアごとに設けられる。ハイサイドトランジスタ、ローサイドトランジスタおよびＮ個のスナバ回路は、金属ベース基板上に実装される。
ハイサイドトランジスタユニットおよびローサイドトランジスタユニットのペアおよびそれと対応するスナバ回路がひとつのレイアウト単位とされ、Ｎ個のレイアウト単位は金属ベース基板上に規則的に配置される。各レイアウト単位内において、ハイサイドトランジスタユニットおよびローサイドトランジスタユニットは、第１方向に隣接して配置され、それらと対応するスナバ回路は、ハイサイドトランジスタユニットおよびローサイドトランジスタユニットに対して、第１方向と垂直な第２方向に隣接して配置される。
【００１０】
この態様によると、以下の利点を得ることができる。
第１に、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを複数のトランジスタユニットに分割し、各トランジスタユニットに隣接してスナバ回路を設けることにより、スナバ回路と保護対象のトランジスタの電気的な距離を短くでき、サージの抑制効果を高めることができる。
第２に、各レイアウト単位において、トランジスタユニットとスナバ回路の電気的な距離が等長とすることができる。これにより、一部のトランジスタユニットの信頼性が低下するのを防止できる。
第３に、Ｎ個のスナバ回路に分割することにより、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタ全体に対して、ひとつのスナバ回路を設ける場合に比べて、スナバ回路を構成するキャパシタの容量値を小さくでき、高周波サージを好適に抑制できる。
第４に、また構成部品を金属ベース基板上に実装することにより、金属ベース基板を介して放熱することができ、温度上昇を抑制できる。
第５に、スナバ回路の構成部品が、金属ベース基板上に実装されるため、ブスバーを介して接続する場合に比べて、振動に対する耐性を高めることができる。
これらの利点によって、産業用車両に好適に利用することが可能となる。
【００１１】
金属ベース基板は、レイアウト単位ごとに物理的に分割して形成されてもよい。
この態様によれば、隣接するレイアウト単位の間の熱伝導を抑制することができ、あるレイアウト単位のスナバ回路あるいはトランジスタが、別のレイアウト単位のトランジスタからの熱によって加熱されるのを抑制できる。一般的には、回路部品や、回路部品と基板を接続するはんだは、温度が上昇、低下を繰り返すことにより、劣化が早まることになるが、この態様では温度変化が緩和されるため、長期的な信頼性を高めることができる。
さらにレイアウト単位ごとに物理的に分割することにより、異なる容量の負荷を駆動するいくつかの種類の電力変換装置を設計する際に、レイアウト単位の個数を容易に増減できるため、上述の利点を損なうことなく、設計効率を高めることができる。
【００１２】
ある態様において、金属ベース基板には、スナバ回路それぞれを第２方向に挟むように形成されたスリットのペアが設けられていてもよい。
あるレイアウト単位のスナバ回路に着目すると、同じレイアウト単位のトランジスタからの熱的影響に加えて、隣接するレイアウト単位のトランジスタからの熱的影響を緩和できるため、長期的な信頼性を高めることができる。
【００１３】
ハイサイドトランジスタユニットおよびローサイドトランジスタユニットはそれぞれ、第１方向に隣接する２個のサブトランジスタユニットを含んでもよい。金属ベース基板は、ハイサイドトランジスタユニットごと、ローサイドトランジスタユニットごとに分割されてもよい。
【００１４】
ハイサイドトランジスタユニットおよびローサイドトランジスタユニットはそれぞれ、第１方向に隣接する２個のサブトランジスタユニットを含み、金属ベース基板は、２個のサブトランジスタユニットごとに分割して形成されてもよい。
【００１５】
Ｎ個のスナバ回路はそれぞれ、上側電源ラインと下側電源ラインの間に直列に設けられた第１キャパシタおよび第２キャパシタを含むＣスナバ回路であってもよい。第１キャパシタは、ハイサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置され、第２キャパシタは、ローサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置されてもよい。
【００１６】
Ｎ個のスナバ回路はそれぞれ、上側電源ラインと下側電源ラインの間に順に直列に設けられた第３キャパシタ、第１ダイオード、第２ダイオードおよび第４キャパシタと、第３キャパシタと第１ダイオードの接続点と、下側電源ラインの間に設けられた第１抵抗と、第２ダイオードと第４キャパシタの接続点と、上側電源ラインの間に設けられた第２抵抗と、を含むＲＣＤスナバ回路であってもよい。第３キャパシタおよび第１ダイオードは、ハイサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置され、第２ダイオードおよび第４キャパシタは、ローサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置されてもよい。
【００１７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、産業用車両に要求される仕様を満たす電力変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一般的な電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図２】実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す等価回路図である。
【図３】図２の電力変換装置の構成を示す平面図である。
【図４】第１の変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図５】第２の変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図６】第３の変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、図６のレイアウト単位の構成例を示す図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、図６のレイアウト単位の別の構成例を示す図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、フォークリフトの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２１】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００２２】
図２は、実施の形態に係る電力変換装置２の構成を示す等価回路図である。電力変換装置２は、フォークリフトをはじめとする産業用車両に搭載され、荷役用のモータや、車輪用のモータを駆動する。電力変換装置２の基本的な構成は、図１の電力変換装置２ｒと同様である。すなわち、電力変換装置２は、上側電源ラインＬＰと、下側電源ラインＬＮと、各相ごとに設けられ、対応する相Ｕ（Ｖ、Ｗ）の出力端子ＯＵＴＵ（ＯＵＴＶ、ＯＵＴＷ）と上側電源ラインＬＰの間に設けられたハイサイドトランジスタＭＨＵ（ＭＨＶ、ＭＨＷ）と、各相Ｕ（Ｖ、Ｗ）ごとに設けられ、対応する相Ｕ（Ｖ、Ｗ）の出力端子ＯＵＴＵ（ＯＵＴＶ、ＯＵＴＷ）と下側電源ラインＬＮの間に設けられたローサイドトランジスタＭＬＵ（ＭＬＶ、ＭＬＷ）を備える。図２にはＵ相の構成のみが示され、Ｖ相、Ｗ相に関する構成は省略されている。また、電力変換装置２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が同様に構成されるため、その特徴についてはＵ相を参照して説明するものとする。
【００２３】
ハイサイドトランジスタＭＨおよびローサイドトランジスタＭＬは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタのいずれで構成されてもよい。
【００２４】
ハイサイドトランジスタＭＨＵは、電気的に並列なＮ個（Ｎは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニット１４Ｕ１〜Ｎを含んで構成される。同様に、ローサイドトランジスタＭＬＵは、電気的に並列なＮ個のローサイドトランジスタユニット１６Ｕ１〜Ｎを含んで構成される。
【００２５】
電力変換装置２は、Ｎ個のスナバ回路１２Ｕ１〜Ｎを備える。各スナバ回路１２Ｕｉは、トランジスタユニットのペア１４Ｕｉ、１６Ｕｉごとに設けられる。
【００２６】
図３は、図２の電力変換装置２の構成を示す平面図である。図３にはＮ＝４の場合が示される。ハイサイドトランジスタＭＨを構成するトランジスタユニット１４Ｕ１〜４、ローサイドトランジスタＭＬを構成する１６Ｕ１〜４およびＮ個のスナバ回路１２Ｕ１〜４は、金属ベース基板２０上に実装される。
【００２７】
ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）のトランジスタユニットに着目すると、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕｉおよびローサイドトランジスタユニット１６Ｕｉのペアおよびそれと対応するスナバ回路１２Ｕｉがひとつのレイアウト単位２２Ｕｉとされる。そして、Ｎ個のレイアウト単位２２Ｕ１〜４は金属ベース基板２０上に規則的に配置される。
【００２８】
各レイアウト単位２２Ｕｉ内において、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕｉおよびローサイドトランジスタユニット１６Ｕｉは、第１方向Ｘに隣接して配置される。また、それらと対応するスナバ回路１２Ｕｉは、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕｉよびローサイドトランジスタユニット１６Ｕｉに対して、第１方向Ｘと垂直な第２方向Ｙに隣接して配置される。
【００２９】
以上が電力変換装置２の構成である。この電力変換装置２によると、以下の利点を得ることができる。
【００３０】
Ｕ相に着目すると、ハイサイドトランジスタＭＨＵがＮ個のトランジスタユニット１４Ｕ１〜Ｎに分割され、ローサイドトランジスタＭＬＵがＮ個のトランジスタユニット１６Ｕ１〜Ｎに分割され、さらに、スナバ回路１２ＵがＮ個に分割して構成される。これにより、各スナバ回路１２Ｕｉを、それに対応する各トランジスタユニット１４Ｕｉ、１６Ｕｉに隣接して配置することができ、スナバ回路と、保護対象のトランジスタの電気的な距離を短くできる。それにより、サージの抑制効果を高めることができる。
【００３１】
各レイアウト単位２２Ｕｉにおいて、トランジスタユニット１４Ｕｉ、１６Ｕｉとスナバ回路１２Ｕｉの電気的な距離が等長とすることができる。これにより、すべてのトランジスタユニットに対するサージを抑制でき、一部のトランジスタユニットの信頼性が低下する状況を防止できる。
【００３２】
図１のようにハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタ全体に対して、ひとつのスナバ回路を設ける場合、スナバ回路１２を構成するキャパシタの容量値が大きくなる。この場合、低周波のサージノイズは好適に抑制できるが、高周波サージを抑制することは困難であり、高周波化が進むフォークリフト用の電力変換装置では問題となる。これに対して実施の形態に係る電力変換装置２では、Ｎ個のスナバ回路１２Ｕ１〜Ｎに分割することにより、各スナバ回路１２Ｕそれぞれのキャパシタの容量値が小さくなるため、高周波サージを好適に抑制できる。
【００３３】
さらに、また構成部品を金属ベース基板２０上に実装することにより、金属ベース基板２０を介して放熱することができ、各部品の温度上昇を抑制できる。
【００３４】
さらに、スナバ回路１２の構成部品が、金属ベース基板２０上に実装されるため、ブスバーを介して接続する場合に比べて、振動に対する耐性を高めることができる。
【００３５】
これらの利点によって、実施の形態に係る電力変換装置２は、産業用車両に要求される仕様を満たすことが可能となる。
【００３６】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【００３７】
（第１の変形例）
図４は、第１の変形例に係る電力変換装置２ａの構成を示す図である。
金属ベース基板２０は、レイアウト単位２２Ｕごとに物理的に分割して形成される。隣り合うレイアウト単位２２Ｕ同士は、ねじ止めされてもよい。
【００３８】
この変形例によれば、隣接するレイアウト単位２２Ｕの間の熱伝導を抑制することができ、あるレイアウト単位２２Ｕのトランジスタユニット１４Ｕ、１６Ｕあるいはスナバ回路１２Ｕが、別のレイアウト単位２２Ｕのトランジスタの熱により加熱されるのを抑制できる。これにより、トランジスタユニットやスナバ回路およびはんだの温度変動を抑制することができ、それらの劣化を抑制し、長期的信頼性を高めることができる。
【００３９】
またこの変形例によれば、レイアウト単位２２Ｕの個数を容易に増減することができ、電力変換装置の駆動能力（電流容量）を簡易に変更することができる。つまり、設計効率を高めることができる。
【００４０】
（第２の変形例）
図５は、第２の変形例に係る電力変換装置２ｂの構成を示す図である。
金属ベース基板２０には、スナバ回路１２Ｕ１〜４それぞれを第２方向Ｙに挟むように形成されたスリットのペアが設けられる。
この変形例によれば、あるレイアウト単位２２Ｕｉのスナバ回路１２Ｕｉに着目すると、一方のスリットにより、同じレイアウト単位２２Ｕｉのトランジスタユニット１４Ｕｉ、１６Ｕｉからの熱的影響を緩和でき、他方のスリットにより、隣接するレイアウト単位２２Ｕｊのトランジスタユニット１４Ｕｊ、１６Ｕｊからの熱的影響を緩和でき、長期的な信頼性を高めることができる。
【００４１】
第２の変形例を、第１の変形例と組み合わせてもよい。すなわち、レイアウト単位ごとに金属ベース基板２０を分割するとともに、スナバ回路１２の両側にスリットを形成してもよい。
【００４２】
（第３の変形例）
図６は、第３の変形例に係る電力変換装置２ｃの構成を示す図である。
この変形例において、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕおよびローサイドトランジスタユニット１６Ｕはそれぞれ、第１方向Ｘに隣接する２個のサブトランジスタユニット２６、２８を含む。
【００４３】
金属ベース基板２０は、レイアウト単位２２Ｕごとではなく、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕごと、ローサイドトランジスタユニット１６Ｕごとに分割して形成される。
【００４４】
この変形例によっても、実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、金属ベース基板２０を分割することにより、第１の変形例と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
なお、サブトランジスタユニットおよびトランジスタユニットの名称は便宜的なものであり、図６のサブトランジスタユニットは、図３〜５のトランジスタユニットに相当する。図６において、サブトランジスタユニットを、トランジスタユニットと把握する場合、電力変換装置２ｃは、以下のように理解することも可能である。
【００４６】
電力変換装置２ｃにおいて、ハイサイドトランジスタＭＨＵは、電気的に並列なＮ＝Ｋ×Ｌ個（Ｋ、Ｌは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニットを含んで構成される。図６の例では、Ｋ＝２、Ｌ＝２である。同様にローサイドトランジスタＭＬＵは、電気的に並列なＫ×Ｌ個のローサイドトランジスタユニットを含んで構成される。
【００４７】
図６の電力変換装置２ｃは、Ｌ個のスナバ回路を備える。各スナバ回路１２Ｕは、Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよびそれらと対応するＫ個のローサイドトランジスタユニットのセットごとに設けられる。
【００４８】
そして、Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよびＫ個のローサイドトランジスタユニットおよびそれらと対応するスナバ回路１２Ｕがひとつのレイアウト単位２２Ｕを構成する。Ｌ個のレイアウト単位２２Ｕが、金属ベース基板２０上に規則的に配置される。
【００４９】
各レイアウト単位２２Ｕ内において、Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよびＫ個のローサイドトランジスタユニットは、第１方向Ｘに隣接して配置される。またそれらと対応するスナバ回路１２Ｕは、Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよびＫ個のローサイドトランジスタユニットに対して、第１方向Ｘと垂直な第２方向Ｙに隣接して配置される。
【００５０】
図７（ａ）、（ｂ）は、図６のレイアウト単位２２Ｕの構成例を示す図である。図７（ａ）は基板上のレイアウトを、図７（ｂ）は等価回路図を示す。図７（ｂ）のスナバ回路は、Ｃスナバ回路である。スナバ回路１２Ｕは、上側電源ラインＬＰと下側電源ラインＬＮの間に直列に設けられた第１キャパシタＣ１１、第２キャパシタＣ１２を含む。第１キャパシタＣ１１は、２つの並列なキャパシタＣ１１ａ、Ｃ１１ｂを含み、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕのサブトランジスタユニット２６、２８に隣接して配置される。同様に第２キャパシタＣ１２は、２つの並列なキャパシタＣ１２ａ、Ｃ１２ｂを含み、ローサイドトランジスタユニット１６Ｕのサブトランジスタユニット２６、２８に隣接して配置される。分割された金属ベース基板の間は、ジャンパ（金属プレート）３０、３２により結線される。
【００５１】
図８（ａ）、（ｂ）は、図６のレイアウト単位２２Ｕの別の構成例を示す図である。図８（ａ）は基板上のレイアウトを、図８（ｂ）は等価回路図を示す。図８（ｂ）のスナバ回路は、ＲＣＤスナバ回路である。スナバ回路１２Ｕは、上側電源ラインＬＰと下側電源ラインＬＮの間に順に直列に設けられた第３キャパシタＣ１３、第１ダイオードＤ１１、第２ダイオードＤ１２および第４キャパシタＣ１４と、第３キャパシタＣ１３と第１ダイオードＤ１１の接続点Ｐ７と下側電源ラインＬＮの間に設けられた第１抵抗Ｒ１１と、第２ダイオードＤ１２と第４キャパシタＣ１４の接続点Ｐ８と上側電源ラインＬＰの間に設けられた第２抵抗Ｒ１２と、を含む。
【００５２】
第３キャパシタＣ１３および第１ダイオードＤ１１は、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕのサブトランジスタユニット２６、２８と隣接して配置される。第２ダイオードＤ１２および第４キャパシタＣ１４は、ローサイドトランジスタユニット１６Ｕのサブトランジスタユニット２６、２８と隣接して配置される。
【００５３】
抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の抵抗値は、配線の抵抗値に比べて十分に高いため、トランジスタとの電気的距離が遠くても、スナバ回路の機能に影響はない。そこで第１抵抗Ｒ１１、第２抵抗Ｒ１２ｈ、金属ベース基板２０の外部に外付けされる。
【００５４】
図６〜図８の構成によれば、ひとつのサブトランジスタユニット２６、２８に対して、スナバ回路を構成するひとつの回路部品を対応付けることができ、効率的なレイアウトを実現することができる。
【００５５】
上述の電力変換装置２の用途を説明する。電力変換装置２は、高周波化が進み、かつ耐振動性が要求されるフォークリフトに好適に利用できる。
【００５６】
図９（ａ）、（ｂ）は、フォークリフトの構成を示す図である。図９（ａ）に示すように、フォークリフト１は、本体６０、フォーク６２、昇降体６４、マスト６６、車輪６８を備える。マスト６６は本体６０の全方に設けられる。昇降体６４は、油圧ポンプ（不図示）などの動力源によって駆動され、マスト６６に沿って昇降する。昇降体６４には、荷物を支持するためのフォーク６２が取り付けられている。
【００５７】
図９（ｂ）は、フォークリフト１の電気系統の構成を示す図である。フォークリフト１は、２系統のモータＭ１、Ｍ２を備える。第１モータＭ１は、車輪６８を回転させるための車輪用モータであり、第２モータＭ２は、昇降体６４を昇降させる油圧アクチュエータを制御するための荷役用モータである。電力変換装置２＿１、２＿２はそれぞれ、電池８０から直流電圧を受け、それを３相交流信号に変換し、対応するモータＭ１、Ｍ２へと供給する。電池８０、電力変換装置２＿１、２＿２、モータＭ１、Ｍ２は、本体６０に固定される。電力変換装置２＿１、２＿２は、別個のモジュールであってもよいし、単一のモジュールとして構成されてもよい。
【００５８】
上述の電力変換装置は、その耐振動性、高周波サージの耐性などに鑑みて、このようなフォークリフト１に好適に利用できる。
【００５９】
実施の形態では、三相モータを駆動する電力変換装置２について説明したが、本発明は駆動対象のモータは三相に限定されず、２相以上の多相モータに適用可能である。また、実施の形態では、電力変換装置２に直接的にモータ４が接続される場合を説明したが、電力変換装置２とモータ４の間に、別の変換装置あるいはその他の回路ブロックが挿入されていてもよい。
【００６０】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００６１】
１…フォークリフト、２…電力変換装置、４…モータ、６…電源、Ｃ１…平滑化コンデンサ、１０…ゲートドライブ回路、１２…スナバ回路、１４…ハイサイドトランジスタユニット、１６…ローサイドトランジスタユニット、２０…金属ベース基板、２２…レイアウト単位、２４…スリット、２６，２８…サブトランジスタユニット、Ｍ１…ハイサイドトランジスタ、Ｍ２…ローサイドトランジスタ、ＬＰ…上側電源ライン、ＬＮ…下側電源ライン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、一般的な電力変換装置（インバータ）２の構成を示す回路図である。電力変換装置２は、モータをはじめとする負荷４を駆動するために利用される。電力変換装置２は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ごとに設けられたハイサイドトランジスタＭＨ（Ｕ〜Ｗ）およびローサイドトランジスタＭＬ（Ｕ〜Ｗ）と、各相のハイサイドトランジスタＭＨ（Ｕ〜Ｗ）、ローサイドトランジスタＭＬ（Ｕ〜Ｗ）を駆動するゲートドライブ回路１０と、各相毎に設けられたスナバ回路１２（Ｕ〜Ｗ）を備える。
【０００３】
負荷に大電流を供給する場合、ハイサイドトランジスタＭＨおよびローサイドトランジスタＭＬとして大容量のパワートランジスタが使用される。大容量のパワートランジスタにノイズが印加されると回路の信頼性を損なうおそれがあるため、これを防止するために、大型のスナバ回路が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２２５１４０号公報
【特許文献２】特開２００４−１１２９９９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には、パワーモジュール（パワートランジスタ）の外側に、ブスバーを介して大容量のスナバ回路を接続する構成が開示される。一般にパワーモジュールの内部には、その容量に応じた個数のシリコンチップが内蔵される。この構成では、各シリコンチップとスナバ回路との距離が不均一となるため、スナバ回路との電気的な距離が遠いシリコンチップ上に形成されるトランジスタに対しては、十分なサージ抑制効果が得られないという問題が生ずる。
【０００６】
またフォークリフトをはじめとする産業用車両では、インバータの高周波化が進んでおり、高周波のサージノイズを抑制する必要がある。ところが特許文献１の構成では、個々のパワーモジュールごとに大容量のスナバ回路が設けられるため、スナバ回路を構成する回路素子、たとえばキャパシタの容量値が大きくなる。キャパシタの周波数特性は、その容量の増大とともに劣化するため、これにより、高い周波数のサージを抑制することが困難となる。
【０００７】
さらに産業用車両では、振動に対する耐性が重要である。特許文献１の構成では、スナバ回路が大容量の、すなわち大型で重い回路部品を用いて構成されており、それらがブスバー上にねじ止めされるため、振動が、回路の長期的な信頼性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００８】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、産業用車両に好適に利用可能な電力変換装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は、フォークリフトに搭載され、モータに電力を供給する電力変換装置に関する。電力変換装置は、上側電源ラインと、下側電源ラインと、各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と上側電源ラインの間に設けられたハイサイドトランジスタと、各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と下側電源ラインの間に設けられたローサイドトランジスタと、Ｎ個のスナバ回路と、金属ベース基板と、を備える。
ハイサイドトランジスタは、電気的に並列なＮ個（Ｎは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニットを含んで構成される。ローサイドトランジスタは、電気的に並列なＮ個のローサイドトランジスタユニットを含んで構成される。Ｎ個のスナバ回路はそれぞれが、ひとつのハイサイドトランジスタユニットおよびそれと対応するひとつのローサイドトランジスタユニットのペアごとに設けられる。ハイサイドトランジスタ、ローサイドトランジスタおよびＮ個のスナバ回路は、金属ベース基板上に実装される。
ハイサイドトランジスタユニットおよびローサイドトランジスタユニットのペアおよびそれと対応するスナバ回路がひとつのレイアウト単位とされ、Ｎ個のレイアウト単位は金属ベース基板上に規則的に配置される。各レイアウト単位内において、ハイサイドトランジスタユニットおよびローサイドトランジスタユニットは、第１方向に隣接して配置され、それらと対応するスナバ回路は、ハイサイドトランジスタユニットおよびローサイドトランジスタユニットに対して、第１方向と垂直な第２方向に隣接して配置される。
【００１０】
この態様によると、以下の利点を得ることができる。
第１に、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタを複数のトランジスタユニットに分割し、各トランジスタユニットに隣接してスナバ回路を設けることにより、スナバ回路と保護対象のトランジスタの電気的な距離を短くでき、サージの抑制効果を高めることができる。
第２に、各レイアウト単位において、トランジスタユニットとスナバ回路の電気的な距離が等長とすることができる。これにより、一部のトランジスタユニットの信頼性が低下するのを防止できる。
第３に、Ｎ個のスナバ回路に分割することにより、ハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタ全体に対して、ひとつのスナバ回路を設ける場合に比べて、スナバ回路を構成するキャパシタの容量値を小さくでき、高周波サージを好適に抑制できる。
第４に、また構成部品を金属ベース基板上に実装することにより、金属ベース基板を介して放熱することができ、温度上昇を抑制できる。
第５に、スナバ回路の構成部品が、金属ベース基板上に実装されるため、ブスバーを介して接続する場合に比べて、振動に対する耐性を高めることができる。
これらの利点によって、産業用車両に好適に利用することが可能となる。
【００１１】
金属ベース基板は、レイアウト単位ごとに物理的に分割して形成されてもよい。
この態様によれば、隣接するレイアウト単位の間の熱伝導を抑制することができ、あるレイアウト単位のスナバ回路あるいはトランジスタが、別のレイアウト単位のトランジスタからの熱によって加熱されるのを抑制できる。一般的には、回路部品や、回路部品と基板を接続するはんだは、温度が上昇、低下を繰り返すことにより、劣化が早まることになるが、この態様では温度変化が緩和されるため、長期的な信頼性を高めることができる。
さらにレイアウト単位ごとに物理的に分割することにより、異なる容量の負荷を駆動するいくつかの種類の電力変換装置を設計する際に、レイアウト単位の個数を容易に増減できるため、上述の利点を損なうことなく、設計効率を高めることができる。
【００１２】
ある態様において、金属ベース基板には、スナバ回路それぞれを第２方向に挟むように形成されたスリットのペアが設けられていてもよい。
あるレイアウト単位のスナバ回路に着目すると、同じレイアウト単位のトランジスタからの熱的影響に加えて、隣接するレイアウト単位のトランジスタからの熱的影響を緩和できるため、長期的な信頼性を高めることができる。
【００１３】
ハイサイドトランジスタユニットおよびローサイドトランジスタユニットはそれぞれ、第１方向に隣接する２個のサブトランジスタユニットを含んでもよい。金属ベース基板は、ハイサイドトランジスタユニットごと、ローサイドトランジスタユニットごとに分割されてもよい。
【００１４】
ハイサイドトランジスタユニットおよびローサイドトランジスタユニットはそれぞれ、第１方向に隣接する２個のサブトランジスタユニットを含み、金属ベース基板は、２個のサブトランジスタユニットごとに分割して形成されてもよい。
【００１５】
Ｎ個のスナバ回路はそれぞれ、上側電源ラインと下側電源ラインの間に直列に設けられた第１キャパシタおよび第２キャパシタを含むＣスナバ回路であってもよい。第１キャパシタは、ハイサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置され、第２キャパシタは、ローサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置されてもよい。
【００１６】
Ｎ個のスナバ回路はそれぞれ、上側電源ラインと下側電源ラインの間に順に直列に設けられた第３キャパシタ、第１ダイオード、第２ダイオードおよび第４キャパシタと、第３キャパシタと第１ダイオードの接続点と、下側電源ラインの間に設けられた第１抵抗と、第２ダイオードと第４キャパシタの接続点と、上側電源ラインの間に設けられた第２抵抗と、を含むＲＣＤスナバ回路であってもよい。第３キャパシタおよび第１ダイオードは、ハイサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置され、第２ダイオードおよび第４キャパシタは、ローサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置されてもよい。
【００１７】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、産業用車両に要求される仕様を満たす電力変換装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一般的な電力変換装置の構成を示す回路図である。
【図２】実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す等価回路図である。
【図３】図２の電力変換装置の構成を示す平面図である。
【図４】第１の変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図５】第２の変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図６】第３の変形例に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、図６のレイアウト単位の構成例を示す図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、図６のレイアウト単位の別の構成例を示す図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）は、フォークリフトの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００２１】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００２２】
図２は、実施の形態に係る電力変換装置２の構成を示す等価回路図である。電力変換装置２は、フォークリフトをはじめとする産業用車両に搭載され、荷役用のモータや、車輪用のモータを駆動する。電力変換装置２の基本的な構成は、図１の電力変換装置２ｒと同様である。すなわち、電力変換装置２は、上側電源ラインＬＰと、下側電源ラインＬＮと、各相ごとに設けられ、対応する相Ｕ（Ｖ、Ｗ）の出力端子ＯＵＴＵ（ＯＵＴＶ、ＯＵＴＷ）と上側電源ラインＬＰの間に設けられたハイサイドトランジスタＭＨＵ（ＭＨＶ、ＭＨＷ）と、各相Ｕ（Ｖ、Ｗ）ごとに設けられ、対応する相Ｕ（Ｖ、Ｗ）の出力端子ＯＵＴＵ（ＯＵＴＶ、ＯＵＴＷ）と下側電源ラインＬＮの間に設けられたローサイドトランジスタＭＬＵ（ＭＬＶ、ＭＬＷ）を備える。図２にはＵ相の構成のみが示され、Ｖ相、Ｗ相に関する構成は省略されている。また、電力変換装置２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が同様に構成されるため、その特徴についてはＵ相を参照して説明するものとする。
【００２３】
ハイサイドトランジスタＭＨおよびローサイドトランジスタＭＬは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタのいずれで構成されてもよい。
【００２４】
ハイサイドトランジスタＭＨＵは、電気的に並列なＮ個（Ｎは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニット１４Ｕ１〜Ｎを含んで構成される。同様に、ローサイドトランジスタＭＬＵは、電気的に並列なＮ個のローサイドトランジスタユニット１６Ｕ１〜Ｎを含んで構成される。
【００２５】
電力変換装置２は、Ｎ個のスナバ回路１２Ｕ１〜Ｎを備える。各スナバ回路１２Ｕｉは、トランジスタユニットのペア１４Ｕｉ、１６Ｕｉごとに設けられる。
【００２６】
図３は、図２の電力変換装置２の構成を示す平面図である。図３にはＮ＝４の場合が示される。ハイサイドトランジスタＭＨを構成するトランジスタユニット１４Ｕ１〜４、ローサイドトランジスタＭＬを構成する１６Ｕ１〜４およびＮ個のスナバ回路１２Ｕ１〜４は、金属ベース基板２０上に実装される。
【００２７】
ｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）のトランジスタユニットに着目すると、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕｉおよびローサイドトランジスタユニット１６Ｕｉのペアおよびそれと対応するスナバ回路１２Ｕｉがひとつのレイアウト単位２２Ｕｉとされる。そして、Ｎ個のレイアウト単位２２Ｕ１〜４は金属ベース基板２０上に規則的に配置される。
【００２８】
各レイアウト単位２２Ｕｉ内において、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕｉおよびローサイドトランジスタユニット１６Ｕｉは、第１方向Ｘに隣接して配置される。また、それらと対応するスナバ回路１２Ｕｉは、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕｉよびローサイドトランジスタユニット１６Ｕｉに対して、第１方向Ｘと垂直な第２方向Ｙに隣接して配置される。
【００２９】
以上が電力変換装置２の構成である。この電力変換装置２によると、以下の利点を得ることができる。
【００３０】
Ｕ相に着目すると、ハイサイドトランジスタＭＨＵがＮ個のトランジスタユニット１４Ｕ１〜Ｎに分割され、ローサイドトランジスタＭＬＵがＮ個のトランジスタユニット１６Ｕ１〜Ｎに分割され、さらに、スナバ回路１２ＵがＮ個に分割して構成される。これにより、各スナバ回路１２Ｕｉを、それに対応する各トランジスタユニット１４Ｕｉ、１６Ｕｉに隣接して配置することができ、スナバ回路と、保護対象のトランジスタの電気的な距離を短くできる。それにより、サージの抑制効果を高めることができる。
【００３１】
各レイアウト単位２２Ｕｉにおいて、トランジスタユニット１４Ｕｉ、１６Ｕｉとスナバ回路１２Ｕｉの電気的な距離が等長とすることができる。これにより、すべてのトランジスタユニットに対するサージを抑制でき、一部のトランジスタユニットの信頼性が低下する状況を防止できる。
【００３２】
図１のようにハイサイドトランジスタおよびローサイドトランジスタ全体に対して、ひとつのスナバ回路を設ける場合、スナバ回路１２を構成するキャパシタの容量値が大きくなる。この場合、低周波のサージノイズは好適に抑制できるが、高周波サージを抑制することは困難であり、高周波化が進むフォークリフト用の電力変換装置では問題となる。これに対して実施の形態に係る電力変換装置２では、Ｎ個のスナバ回路１２Ｕ１〜Ｎに分割することにより、各スナバ回路１２Ｕそれぞれのキャパシタの容量値が小さくなるため、高周波サージを好適に抑制できる。
【００３３】
さらに、また構成部品を金属ベース基板２０上に実装することにより、金属ベース基板２０を介して放熱することができ、各部品の温度上昇を抑制できる。
【００３４】
さらに、スナバ回路１２の構成部品が、金属ベース基板２０上に実装されるため、ブスバーを介して接続する場合に比べて、振動に対する耐性を高めることができる。
【００３５】
これらの利点によって、実施の形態に係る電力変換装置２は、産業用車両に要求される仕様を満たすことが可能となる。
【００３６】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
【００３７】
（第１の変形例）
図４は、第１の変形例に係る電力変換装置２ａの構成を示す図である。
金属ベース基板２０は、レイアウト単位２２Ｕごとに物理的に分割して形成される。隣り合うレイアウト単位２２Ｕ同士は、ねじ止めされてもよい。
【００３８】
この変形例によれば、隣接するレイアウト単位２２Ｕの間の熱伝導を抑制することができ、あるレイアウト単位２２Ｕのトランジスタユニット１４Ｕ、１６Ｕあるいはスナバ回路１２Ｕが、別のレイアウト単位２２Ｕのトランジスタの熱により加熱されるのを抑制できる。これにより、トランジスタユニットやスナバ回路およびはんだの温度変動を抑制することができ、それらの劣化を抑制し、長期的信頼性を高めることができる。
【００３９】
またこの変形例によれば、レイアウト単位２２Ｕの個数を容易に増減することができ、電力変換装置の駆動能力（電流容量）を簡易に変更することができる。つまり、設計効率を高めることができる。
【００４０】
（第２の変形例）
図５は、第２の変形例に係る電力変換装置２ｂの構成を示す図である。
金属ベース基板２０には、スナバ回路１２Ｕ１〜４それぞれを第２方向Ｙに挟むように形成されたスリットのペアが設けられる。
この変形例によれば、あるレイアウト単位２２Ｕｉのスナバ回路１２Ｕｉに着目すると、一方のスリットにより、同じレイアウト単位２２Ｕｉのトランジスタユニット１４Ｕｉ、１６Ｕｉからの熱的影響を緩和でき、他方のスリットにより、隣接するレイアウト単位２２Ｕｊのトランジスタユニット１４Ｕｊ、１６Ｕｊからの熱的影響を緩和でき、長期的な信頼性を高めることができる。
【００４１】
第２の変形例を、第１の変形例と組み合わせてもよい。すなわち、レイアウト単位ごとに金属ベース基板２０を分割するとともに、スナバ回路１２の両側にスリットを形成してもよい。
【００４２】
（第３の変形例）
図６は、第３の変形例に係る電力変換装置２ｃの構成を示す図である。
この変形例において、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕおよびローサイドトランジスタユニット１６Ｕはそれぞれ、第１方向Ｘに隣接する２個のサブトランジスタユニット２６、２８を含む。
【００４３】
金属ベース基板２０は、レイアウト単位２２Ｕごとではなく、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕごと、ローサイドトランジスタユニット１６Ｕごとに分割して形成される。
【００４４】
この変形例によっても、実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、金属ベース基板２０を分割することにより、第１の変形例と同様の効果を得ることができる。
【００４５】
なお、サブトランジスタユニットおよびトランジスタユニットの名称は便宜的なものであり、図６のサブトランジスタユニットは、図３〜５のトランジスタユニットに相当する。図６において、サブトランジスタユニットを、トランジスタユニットと把握する場合、電力変換装置２ｃは、以下のように理解することも可能である。
【００４６】
電力変換装置２ｃにおいて、ハイサイドトランジスタＭＨＵは、電気的に並列なＮ＝Ｋ×Ｌ個（Ｋ、Ｌは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニットを含んで構成される。図６の例では、Ｋ＝２、Ｌ＝２である。同様にローサイドトランジスタＭＬＵは、電気的に並列なＫ×Ｌ個のローサイドトランジスタユニットを含んで構成される。
【００４７】
図６の電力変換装置２ｃは、Ｌ個のスナバ回路を備える。各スナバ回路１２Ｕは、Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよびそれらと対応するＫ個のローサイドトランジスタユニットのセットごとに設けられる。
【００４８】
そして、Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよびＫ個のローサイドトランジスタユニットおよびそれらと対応するスナバ回路１２Ｕがひとつのレイアウト単位２２Ｕを構成する。Ｌ個のレイアウト単位２２Ｕが、金属ベース基板２０上に規則的に配置される。
【００４９】
各レイアウト単位２２Ｕ内において、Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよびＫ個のローサイドトランジスタユニットは、第１方向Ｘに隣接して配置される。またそれらと対応するスナバ回路１２Ｕは、Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよびＫ個のローサイドトランジスタユニットに対して、第１方向Ｘと垂直な第２方向Ｙに隣接して配置される。
【００５０】
図７（ａ）、（ｂ）は、図６のレイアウト単位２２Ｕの構成例を示す図である。図７（ａ）は基板上のレイアウトを、図７（ｂ）は等価回路図を示す。図７（ｂ）のスナバ回路は、Ｃスナバ回路である。スナバ回路１２Ｕは、上側電源ラインＬＰと下側電源ラインＬＮの間に直列に設けられた第１キャパシタＣ１１、第２キャパシタＣ１２を含む。第１キャパシタＣ１１は、２つの並列なキャパシタＣ１１ａ、Ｃ１１ｂを含み、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕのサブトランジスタユニット２６、２８に隣接して配置される。同様に第２キャパシタＣ１２は、２つの並列なキャパシタＣ１２ａ、Ｃ１２ｂを含み、ローサイドトランジスタユニット１６Ｕのサブトランジスタユニット２６、２８に隣接して配置される。分割された金属ベース基板の間は、ジャンパ（金属プレート）３０、３２により結線される。
【００５１】
図８（ａ）、（ｂ）は、図６のレイアウト単位２２Ｕの別の構成例を示す図である。図８（ａ）は基板上のレイアウトを、図８（ｂ）は等価回路図を示す。図８（ｂ）のスナバ回路は、ＲＣＤスナバ回路である。スナバ回路１２Ｕは、上側電源ラインＬＰと下側電源ラインＬＮの間に順に直列に設けられた第３キャパシタＣ１３、第１ダイオードＤ１１、第２ダイオードＤ１２および第４キャパシタＣ１４と、第３キャパシタＣ１３と第１ダイオードＤ１１の接続点Ｐ７と下側電源ラインＬＮの間に設けられた第１抵抗Ｒ１１と、第２ダイオードＤ１２と第４キャパシタＣ１４の接続点Ｐ８と上側電源ラインＬＰの間に設けられた第２抵抗Ｒ１２と、を含む。
【００５２】
第３キャパシタＣ１３および第１ダイオードＤ１１は、ハイサイドトランジスタユニット１４Ｕのサブトランジスタユニット２６、２８と隣接して配置される。第２ダイオードＤ１２および第４キャパシタＣ１４は、ローサイドトランジスタユニット１６Ｕのサブトランジスタユニット２６、２８と隣接して配置される。
【００５３】
抵抗Ｒ１１、Ｒ１２の抵抗値は、配線の抵抗値に比べて十分に高いため、トランジスタとの電気的距離が遠くても、スナバ回路の機能に影響はない。そこで第１抵抗Ｒ１１、第２抵抗Ｒ１２ｈ、金属ベース基板２０の外部に外付けされる。
【００５４】
図６〜図８の構成によれば、ひとつのサブトランジスタユニット２６、２８に対して、スナバ回路を構成するひとつの回路部品を対応付けることができ、効率的なレイアウトを実現することができる。
【００５５】
上述の電力変換装置２の用途を説明する。電力変換装置２は、高周波化が進み、かつ耐振動性が要求されるフォークリフトに好適に利用できる。
【００５６】
図９（ａ）、（ｂ）は、フォークリフトの構成を示す図である。図９（ａ）に示すように、フォークリフト１は、本体６０、フォーク６２、昇降体６４、マスト６６、車輪６８を備える。マスト６６は本体６０の全方に設けられる。昇降体６４は、油圧ポンプ（不図示）などの動力源によって駆動され、マスト６６に沿って昇降する。昇降体６４には、荷物を支持するためのフォーク６２が取り付けられている。
【００５７】
図９（ｂ）は、フォークリフト１の電気系統の構成を示す図である。フォークリフト１は、２系統のモータＭ１、Ｍ２を備える。第１モータＭ１は、車輪６８を回転させるための車輪用モータであり、第２モータＭ２は、昇降体６４を昇降させる油圧アクチュエータを制御するための荷役用モータである。電力変換装置２＿１、２＿２はそれぞれ、電池８０から直流電圧を受け、それを３相交流信号に変換し、対応するモータＭ１、Ｍ２へと供給する。電池８０、電力変換装置２＿１、２＿２、モータＭ１、Ｍ２は、本体６０に固定される。電力変換装置２＿１、２＿２は、別個のモジュールであってもよいし、単一のモジュールとして構成されてもよい。
【００５８】
上述の電力変換装置は、その耐振動性、高周波サージの耐性などに鑑みて、このようなフォークリフト１に好適に利用できる。
【００５９】
実施の形態では、三相モータを駆動する電力変換装置２について説明したが、本発明は駆動対象のモータは三相に限定されず、２相以上の多相モータに適用可能である。また、実施の形態では、電力変換装置２に直接的にモータ４が接続される場合を説明したが、電力変換装置２とモータ４の間に、別の変換装置あるいはその他の回路ブロックが挿入されていてもよい。
【００６０】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【００６１】
１…フォークリフト、２…電力変換装置、４…モータ、６…電源、Ｃ１…平滑化コンデンサ、１０…ゲートドライブ回路、１２…スナバ回路、１４…ハイサイドトランジスタユニット、１６…ローサイドトランジスタユニット、２０…金属ベース基板、２２…レイアウト単位、２４…スリット、２６，２８…サブトランジスタユニット、Ｍ１…ハイサイドトランジスタ、Ｍ２…ローサイドトランジスタ、ＬＰ…上側電源ライン、ＬＮ…下側電源ライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォークリフトに搭載され、モータに電力を供給する電力変換装置であって、
上側電源ラインと、
下側電源ラインと、
各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と前記上側電源ラインの間に設けられたハイサイドトランジスタであって、電気的に並列なＮ個（Ｎは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニットを含んで構成される、ハイサイドトランジスタと、
各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と前記下側電源ラインの間に設けられたローサイドトランジスタであって、電気的に並列なＮ個のローサイドトランジスタユニットを含んで構成される、ローサイドトランジスタと、
それぞれが、ひとつのハイサイドトランジスタユニットおよびそれと対応するひとつのローサイドトランジスタユニットのペアごとに設けられた、Ｎ個のスナバ回路と、
前記ハイサイドトランジスタ、前記ローサイドトランジスタおよび前記Ｎ個のスナバ回路が実装される金属ベース基板と、
を備え、
前記ハイサイドトランジスタユニットおよび前記ローサイドトランジスタユニットのペアおよびそれと対応する前記スナバ回路がひとつのレイアウト単位とされ、Ｎ個のレイアウト単位が前記金属ベース基板上に規則的に配置されるとともに、
各レイアウト単位内において、前記ハイサイドトランジスタユニットおよび前記ローサイドトランジスタユニットは、第１方向に隣接して配置され、それらと対応する前記スナバ回路は、前記ハイサイドトランジスタユニットおよび前記ローサイドトランジスタユニットに対して、前記第１方向と垂直な第２方向に隣接して配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記金属ベース基板は、前記レイアウト単位ごとに分割して形成されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記金属ベース基板には、前記スナバ回路それぞれを前記第２方向に挟むように形成されたスリットのペアが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ハイサイドトランジスタユニットおよび前記ローサイドトランジスタユニットはそれぞれ、前記第１方向に隣接する２個のサブトランジスタユニットを含み、
前記金属ベース基板は、前記ハイサイドトランジスタユニットごと、前記ローサイドトランジスタユニットごとに分割されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記Ｎ個のスナバ回路はそれぞれ、前記上側電源ラインと下側電源ラインの間に直列に設けられた第１キャパシタおよび第２キャパシタを含むＣスナバ回路であり、
前記第１キャパシタは、前記ハイサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置され、
前記第２キャパシタは、前記ローサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置されることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記Ｎ個のスナバ回路はそれぞれ、
前記上側電源ラインと下側電源ラインの間に順に直列に設けられた第３キャパシタ、第１ダイオード、第２ダイオードおよび第４キャパシタと、
前記第３キャパシタと前記第１ダイオードの接続点と、前記下側電源ラインの間に設けられた第１抵抗と、
前記第２ダイオードと前記第４キャパシタの接続点と、前記上側電源ラインの間に設けられた第２抵抗と、
を含むＲＣＤスナバ回路であり、
前記第３キャパシタおよび前記第１ダイオードは、それらと対応する前記ハイサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置され、
前記第２ダイオードおよび前記第４キャパシタは、前記ローサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置されることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
フォークリフトに搭載され、モータに電力を供給する電力変換装置であって、
上側電源ラインと、
下側電源ラインと、
各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と前記上側電源ラインの間に設けられたハイサイドトランジスタであって、電気的に並列なＫ×Ｌ個（Ｋ、Ｌは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニットを含んで構成される、ハイサイドトランジスタと、
各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と前記下側電源ラインの間に設けられたローサイドトランジスタであって、電気的に並列なＫ×Ｌ個のローサイドトランジスタユニットを含んで構成される、ローサイドトランジスタと、
それぞれが、Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよびそれらと対応するＫ個のローサイドトランジスタユニットのセットごとに設けられた、Ｌ個のスナバ回路と、
前記Ｋ個のハイサイドトランジスタ、前記Ｋ個のローサイドトランジスタおよび前記Ｌ個のスナバ回路が実装される金属ベース基板と、
を備え、
前記Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよび前記Ｋ個のローサイドトランジスタユニットおよびそれらと対応する前記スナバ回路がひとつのレイアウト単位とされ、Ｌ個のレイアウト単位が前記金属ベース基板上に規則的に配置されるとともに、
各レイアウト単位内において、前記Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよび前記Ｋ個のローサイドトランジスタユニットは、第１方向に隣接して配置され、それらと対応する前記スナバ回路は、前記Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよび前記Ｋ個のローサイドトランジスタユニットに対して、前記第１方向と垂直な第２方向に隣接して配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
フォークリフトに搭載され、モータに電力を供給する電力変換装置であって、
上側電源ラインと、
下側電源ラインと、
各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と前記上側電源ラインの間に設けられたハイサイドトランジスタであって、電気的に並列なＮ個（Ｎは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニットを含んで構成される、ハイサイドトランジスタと、
各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と前記下側電源ラインの間に設けられたローサイドトランジスタであって、電気的に並列なＮ個のローサイドトランジスタユニットを含んで構成される、ローサイドトランジスタと、
それぞれが、ひとつのハイサイドトランジスタユニットおよびそれと対応するひとつのローサイドトランジスタユニットのペアごとに設けられた、Ｎ個のスナバ回路と、
前記ハイサイドトランジスタ、前記ローサイドトランジスタおよび前記Ｎ個のスナバ回路が実装される金属ベース基板と、
を備え、
前記ハイサイドトランジスタユニットおよび前記ローサイドトランジスタユニットのペアおよびそれと対応する前記スナバ回路がひとつのレイアウト単位とされ、Ｎ個のレイアウト単位が前記金属ベース基板上に規則的に配置されるとともに、
各レイアウト単位内において、前記ハイサイドトランジスタユニットおよび前記ローサイドトランジスタユニットは、第１方向に隣接して配置され、それらと対応する前記スナバ回路は、前記ハイサイドトランジスタユニットおよび前記ローサイドトランジスタユニットに対して、前記第１方向と垂直な第２方向に隣接して配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記金属ベース基板は、前記レイアウト単位ごとに分割して形成されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記金属ベース基板には、前記スナバ回路それぞれを前記第２方向に挟むように形成されたスリットのペアが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記ハイサイドトランジスタユニットおよび前記ローサイドトランジスタユニットはそれぞれ、前記第１方向に隣接する２個のサブトランジスタユニットを含み、
前記金属ベース基板は、前記ハイサイドトランジスタユニットごと、前記ローサイドトランジスタユニットごとに分割されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記Ｎ個のスナバ回路はそれぞれ、前記上側電源ラインと下側電源ラインの間に直列に設けられた第１キャパシタおよび第２キャパシタを含むＣスナバ回路であり、
前記第１キャパシタは、前記ハイサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置され、
前記第２キャパシタは、前記ローサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置されることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記Ｎ個のスナバ回路はそれぞれ、
前記上側電源ラインと下側電源ラインの間に順に直列に設けられた第３キャパシタ、第１ダイオード、第２ダイオードおよび第４キャパシタと、
前記第３キャパシタと前記第１ダイオードの接続点と、前記下側電源ラインの間に設けられた第１抵抗と、
前記第２ダイオードと前記第４キャパシタの接続点と、前記上側電源ラインの間に設けられた第２抵抗と、
を含むＲＣＤスナバ回路であり、
前記第３キャパシタおよび前記第１ダイオードは、それらと対応する前記ハイサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置され、
前記第２ダイオードおよび前記第４キャパシタは、前記ローサイドトランジスタのサブトランジスタユニットと隣接して配置されることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項７】
フォークリフトに搭載され、モータに電力を供給する電力変換装置であって、
上側電源ラインと、
下側電源ラインと、
各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と前記上側電源ラインの間に設けられたハイサイドトランジスタであって、電気的に並列なＫ×Ｌ個（Ｋ、Ｌは２以上の整数）のハイサイドトランジスタユニットを含んで構成される、ハイサイドトランジスタと、
各相ごとに設けられ、対応する相の出力端子と前記下側電源ラインの間に設けられたローサイドトランジスタであって、電気的に並列なＫ×Ｌ個のローサイドトランジスタユニットを含んで構成される、ローサイドトランジスタと、
それぞれが、Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよびそれらと対応するＫ個のローサイドトランジスタユニットのセットごとに設けられた、Ｌ個のスナバ回路と、
前記Ｋ個のハイサイドトランジスタ、前記Ｋ個のローサイドトランジスタおよび前記Ｌ個のスナバ回路が実装される金属ベース基板と、
を備え、
前記Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよび前記Ｋ個のローサイドトランジスタユニットおよびそれらと対応する前記スナバ回路がひとつのレイアウト単位とされ、Ｌ個のレイアウト単位が前記金属ベース基板上に規則的に配置されるとともに、
各レイアウト単位内において、前記Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよび前記Ｋ個のローサイドトランジスタユニットは、第１方向に隣接して配置され、それらと対応する前記スナバ回路は、前記Ｋ個のハイサイドトランジスタユニットおよび前記Ｋ個のローサイドトランジスタユニットに対して、前記第１方向と垂直な第２方向に隣接して配置されることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１７３１０（Ｐ２０１３−１７３１０Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８５４３（Ｐ２０１１−１４８５４３）
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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