JP2002320391A - 大容量電力変換装置の導体構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】スイッチユニットの並列数が多い大容量電力変
換装置の各スイッチユニットを流れる電流の不平衡を回
避すると共に、大容量電力変換装置盤の構造を簡易化す
ることにある。 【解決手段】同一平面上にスイッチユニット１相分を左
右一列に且つ必要相数分を上下方向に並べ、該スイッチ
ユニットを左右対称に分割する。左側スイッチユニット
の正負極を左右対称な左側正極導体板２１と左側負極導
体板２６で短絡し、これらの左右寸法の中央部から左側
正極端子板２２と左側負極端子板２７を引き出し、これ
らを絶縁板を介して重ねる。右側スイッチユニットも同
様に右側正極導体板２３と右側正極端子板２４と、右側
負極導体板２８と右側負極端子板２９とを絶縁板を介し
て重ね、左右の正負端子板同士を正極端子導体３４と負
極端子導体３５で相互に接続する。また正極端子導体３
４の中央部を直流ヒューズ３を介して平滑コンデンサ２
の正極側端子を接続し、負極側端子導体３５の中央部に
平滑コンデンサ２の負極側端子を接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、多数の半導体ス
イッチ素子を並列に接続して電力変換を行う際に、前記
半導体スイッチ素子に流れる電流が不平衡になるのを回
避する大容量電力変換装置の導体構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力変換装置としてのインバータは、例
えば半導体スイッチ素子としてのＩＧＢＴ（絶縁ゲート
バイポーラトランジスタ）とダイオードとの逆並列回路
の２組を直列にして直流回路の正負極間に挿入し、正極
側のＩＧＢＴと負極側のＩＧＢＴを順次オン・オフ動作
させることにより、直流電力を交流電力に変換するので
あるが、最近ではこれら２個のＩＧＢＴと２個のトラン
ジスタとを一括してパッケージに封入してスイッチユニ
ットとし、これを相数に対応した数だけ使用することに
より、装置の構成を簡略化している。インバータの容量
が増大すれば大容量のＩＧＢＴを使用するが、それでも
賄いきれない場合は、複数のスイッチユニットを並列に
して使用することになる。

【０００３】図７は複数のスイッチユニットを並列接続
している大容量インバータの主回路の部分を示した主回
路接続図であって、符号１は直流電源、符号２は平滑コ
ンデンサ、符号３は直流ヒューズであり、３個のスイッ
チユニット４Ａ〜４Ｃを並列接続することで第１相が形
成されるが、個々のスイッチユニットに付した記号Ｐは
正極端子，記号Ｎは負極端子で記号Ｗは交流端子であ
る。第２相と第３相のスイッチユニットも第１相と同じ
構成であることから、同じ部分の図示は省略する。なお
符号７は負荷である。また、平滑コンデンサ２は大きな
静電容量が必要であることから、実際は複数のコンデン
サを並列接続して使用するが、簡略化するために１個で
図示している。

【０００４】実際のインバータの主回路がこの図７に図
示の通りに構成されているとすると、平滑コンデンサ２
の正極端子からスイッチユニット４Ａの正極端子Ｐまで
の導体長さと、平滑コンデンサ２の正極端子からスイッ
チユニット４Ｃの正極端子Ｐまでの導体長さを比較する
と、後者のほうが長い。すなわち後者の導体抵抗は前者
よりも大きくなるから、スイッチユニット４Ａに流れる
電流はスイッチユニット４Ｃに流れる電流よりも大きく
なる。大きな電流が流れるスイッチユニット４Ａの温度
はスイッチユニット４Ｃよりも高くなって抵抗値がより
一層減少することにより、電流の不平衡は更に助長され
ることになる。

【０００５】図８は図７に図示のインバータの第１相の
実際の主回路配線の状態を示した主回路接続図であっ
て、図示の主回路配線により平滑コンデンサ２の正極端
子から第１相を形成する各スイッチユニット４Ａ，４
Ｂ，４Ｃの正極端子までの各導体長さはほぼ等しくなる
から、各スイッチユニットに流れる電流が不平衡になる
のを回避することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで最近では、ス
イッチユニットの並列接続数が６あるいは８を必要とす
るような大容量インバータが多くなってきている。図９
はスイッチユニットを１相分ごとにトレイに収納してい
る大容量インバータ盤の従来例の構造を正面から示した
構造図である。

【０００７】この図９において、大容量インバータ盤１
０には第１相用のスイッチユニットを収納した第１相ト
レイ１１，第２相用のスイッチユニットを収納した第２
相トレイ１２，第３相用のスイッチユニットを収納した
第３相トレイ１３と、プリント板などを収納した制御回
路トレイ１４を備えており、それぞれのトレイを引き出
せば、スイッチユニットや制御回路の部品交換や保守・
点検が容易に行える構成になっているが、構造が複雑で
大型の盤になる欠点がある。当該大容量インバータ盤１
０の下側部には変圧器などの重量部品を収納し、各トレ
イの右側部には平滑コンデンサや直流ヒューズなどを収
納している。

【０００８】図１０は図９に図示の大容量インバータ盤
の従来例における１相分トレイの内部構造を示した構造
図であって、６個のスイッチユニットを並列接続するこ
とで１相分を形成する場合を示しており、１相分６個の
スイッチユニット１５Ａ〜１５Ｆを並列接続する際に、
各導体の抵抗値に不平衡が生じないようにするために、
導体構造が複雑になる欠点がある。

【０００９】そこでこの発明の目的は、スイッチユニッ
トの並列数が多い大容量電力変換装置の各スイッチユニ
ットを流れる電流の不平衡を回避すると共に、大容量電
力変換装置盤の構造を簡易化することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、この発明の大容量電力変換装置の導体構造は、同
一平面上にスイッチユニットの１相分を左右方向に一列
に並べ，且つ必要相数分を上下方向に並べてこれらのス
イッチユニットを左右対称に分割する。左半分の各スイ
ッチユニットの正極同士を左右対称な形状の左側正極導
体板を使って短絡し、この左側正極導体板の左右寸法の
中央部から左側正極端子板を引き出し、各スイッチユニ
ットの負極同士を左右対称となる形状の左側負極導体板
を使って短絡し、この左側負極導体板の左右寸法の中央
部から左側負極端子板を引き出し、前記左側正極導体板
ならびに左側正極端子板と、前記左側負極導体板ならび
に左側負極端子板とを板状の左側絶縁体を挟んで重ねる
ことで左側正負導体を形成させる。

【００１１】右半分の各スイッチユニットの正極同士と
負極同士も同様の右側正極導体板と右側負極導体板を使
って短絡し、同じく右側正極導体板と右側負極導体板の
左右寸法の中央部からそれぞれ右側正極端子板と右側負
極端子板を引き出し、これらを板状の右側絶縁体を挟ん
で重ねることで右側正負導体を形成させる。これら左側
正極端子板と右側正極端子板とを直接接続するかまたは
正極端子導体で接続し、左側負極端子板と右側負極端子
板とを直接接続するかまたは負極端子導体で接続する。

【００１２】または、前記左側正極端子板と右側正極端
子板との直接接続部あるいは前記正極端子導体の中央部
には、直流ヒューズを介して平滑コンデンサの正極側端
子を接続し、前記左側負極端子板と右側負極端子板との
直接接続部あるいは前記負極側端子導体の中央部には平
滑コンデンサの負極側端子を接続する。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１実施例を表し
た大容量インバータ盤の構造図であって、１相分を８個
のスイッチユニットの並列接続で形成した大容量３相イ
ンバータの場合である。図１において、大容量インバー
タ盤２０には８個の第１相スイッチユニット４Ａ〜４Ｈ
が横方向に一列に並んでいる。８個の第２相スイッチユ
ニット５Ａ〜５Ｈは第１相スイッチユニットの上側を横
方向に一列に並び、第３相スイッチユニット６Ａ〜６Ｈ
は更にその上側を横方向に一列に並んでいる。すなわち
合計で２４個のスイッチユニットが同一平面上に配置さ
れるのであるが、これらを中央から左側の半数（１２
個）と右側の半数（１２個）とに、左右対称に分割す
る。なお符号３は直流ヒューズである。また、多数のコ
ンデンサを集合させることで、大容量の平滑コンデンサ
２を形成している。

【００１４】大容量インバータでは通流電流も大になる
ことから、導体の抵抗とインダクタンスを低減させるた
めに、板状の正極側導体と負極側導体との間に板状の絶
縁体を挟んだサンドイッチ構造にすることが多いが、こ
のサンドイッチ構造の導体で多数のスイッチユニットを
並列接続するのには工夫が必要である。図２はサンドイ
ッチ構造の導体で複数のスイッチユニットを並列接続す
る状況を表した構造図である。この図２において、スイ
ッチユニット１５Ａの上面には正極端子Ｐ，負極端子
Ｎ，交流端子Ｗが設けられているが、正極導体板１６に
設けた正極端子接続穴１６Ｐとスイッチユニット１５Ａ
の正極端子Ｐをねじ止めすることで、両者は接続され
る。同様に負極導体板１７に設けた負極端子接続穴１７
Ｎとスイッチユニット１５Ａの負極端子Ｎをねじ止めす
ることで、両者は接続される。このとき正極導体板１６
と負極導体板１７との間に絶縁板１８を介在させること
で、サンドイッチ構造の導体が形成される。正極導体板
１６と負極導体板１７と絶縁板１８には、図示を省略し
ている他のスイッチユニットを接続するために、同様の
開口部が設けられているから、これで複数のスイッチユ
ニットを並列接続することができる。

【００１５】図３は本発明の第２実施例を表した左側正
極導体板を表した外形図であって、左側正極導体板２１
には、１２個のスイッチユニットの配列（図１参照）に
対応するように、１列につき４個の開口部が３列（合計
１２個）設けられており、各開口部にはスイッチユニッ
トの正極端子と接続するための正極端子接続穴２１Ｐを
設けている。また当該左側正極導体板２１の前方側に
は、その左右方向の中央部から左側正極端子板２２が引
き出されていて、この左側正極端子板２２は右方向に延
びた形状である。これは図示していない右側正極導体板
から引き出されて左方向に延びる右側正極端子板と直接
接続ができるようにするためである。なお右側正極端子
板とを正極端子導体を介して接続する場合は、当該左側
正極端子板２２は右方向に延びた形状にしなくても良
い。

【００１６】図４は本発明の第２実施例を表した左側負
極導体板を表した外形図であって、左側負極導体板２６
には、スイッチユニットの配列に対応するように、１列
につき４個の開口部が３列（合計１２個）設けられてお
り、各開口部にはスイッチユニットの負極端子と接続す
るための負極端子接続穴２６Ｎを設けている。また当該
左側負極導体板２６の前方側には、その左右方向の中央
部から左側負極端子板２７が引き出されていて、この左
側負極端子板２７も右方向に延びた形状である。これは
図示していない右側負極導体板から引き出されて左方向
に延びる右側負極端子板と直接接続ができるようにする
ためである。なお右側負極端子板とを負極端子導体を介
して接続する場合は、当該左側負極端子板２７は右方向
に延びた形状にしなくても良い。

【００１７】右側正極導体板は、その前方側の左右方向
の中央部から引き出されている右側正極端子板が左方向
に延びていることを除けば、その他の部分は同じ形状で
あることから、その図示は省略している。また、右側負
極導体板も、その前方側の左右方向の中央部から引き出
されている右側負極端子板が左方向に延びていることを
除けば、その他の部分は同じ形状であることから、その
図示は省略する。

【００１８】図５は本発明の第３実施例を直流ヒューズ
を取り外した状態で表している構造図であり、図６は本
発明の第３実施例を直流ヒューズを取り付けた状態で表
している構造図である。この両図において、平滑コンデ
ンサ２もスイッチユニットと同様に、多数のコンデンサ
を並列に接続するために、上側の正極コンデンサ導体板
３１と下側の負極コンデンサ導体板３２とを、絶縁物で
挟んだサンドイッチ構造にしている。

【００１９】図６において、正極コンデンサ導体板３１
と直流ヒューズ２とは導体３３を介して接続され、更に
この直流ヒューズ２は左側正極端子板２２と右側正極端
子板２４とを短絡している正極端子導体３４に接続して
いる。また負極コンデンサ導体板３２は負極端子導体３
５に接続するのであるが、この負極端子導体３５は左側
負極端子板２７と右側負極端子板２９とを短絡してい
る。

【００２０】

【発明の効果】多数のスイッチユニットを並列に接続し
なければならない大容量の電力変換装置では、各スイッ
チユニットと他の機器とを接続する導体の抵抗やインダ
クタンスの値に差異があると、通流電流に不平衡を生じ
るから、これら抵抗やインダクタンスに差を生じないな
いように、導体の敷設には十分な注意が必要であるが、
並列数が多数（例えば６個とか８個）になると不平衡を
生じない導体の敷設は困難であった。本発明では、各相
毎にスイッチユニットを横一列に並べてこれを右側と左
側とに二分割し、左側のスイッチユニットは全て左側正
極導体板と左側負極導体板で共通に接続し、これら左側
の正負導体接続板の左右寸法の中央部から左側正極端子
板と左側負極端子板を引き出す。右半分のスイッチユニ
ットについても、同様に右側正極導体板と右側負極導体
板で共通に接続し、これら右側正負導体接続板の左右寸
法の中央部から右側正極端子板と右側負極端子板を引き
出し、これら左側正極端子板と右側正極端子板を短絡す
ると共に、左側負極端子板と右側負極端子板を短絡する
ことで、主回路導体の構造を複雑にせずに、各スイッチ
ユニットに接続する導体の抵抗とインダクタンスの不平
衡を抑制できる効果が得られる。

【００２１】更に、左側正極端子板と右側正極端子板と
を短絡した中央部を直流ヒューズを介して平滑コンデン
サの正極端子に接続し、左側負極端子板と右側負極端子
板とを短絡した中央部を平滑コンデンサの負極端子に接
続することで、平滑コンデンサと各スイッチユニットと
の間の導体構造の単純化と、配線抵抗と配線インダクタ
ンスの不平衡を最小に抑制できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を表した大容量インバータ
盤の構造図

【図２】サンドイッチ構造の導体で複数のスイッチユニ
ットを並列接続する状況を表した構造図

【図３】本発明の第２実施例を表した左側正極導体板を
表した外形図

【図４】本発明の第２実施例を表した左側負極導体板を
表した外形図

【図５】本発明の第３実施例を直流ヒューズを取り外し
た状態で表している構造図

【図６】本発明の第３実施例を直流ヒューズを取り付け
た状態で表している構造図

【図７】複数のスイッチユニットを並列接続している大
容量インバータの主回路の部分を示した主回路接続図

【図８】図７に図示のインバータの第１相の実際の主回
路配線の状態を示した主回路接続図

【図９】スイッチユニットを１相分ごとにトレイに収納
している大容量インバータ盤の従来例の構造を正面から
示した構造図

【図１０】図９に図示の大容量インバータ盤の従来例に
おける１相分トレイの内部構造を示した構造図

【符号の説明】

２ 平滑コンデンサ ３ 直流ヒューズ ４Ａ〜４Ｈ 第１相スイッチユニット ５Ａ〜５Ｈ 第２相スイッチユニット ６Ａ〜６Ｈ 第３相スイッチユニット ７ 負荷 １０，２０ 大容量インバータ盤 １１ 第１相トレイ １２ 第２相トレイ １３ 第３相トレイ １４ 制御回路トレイ １５Ａ〜１５Ｆ スイッチユニット １６ 正極導体板 １６Ｐ 正極端子接続穴 １７ 負極導体板 １７Ｎ 負極端子接続穴 １８ 絶縁板 ２１ 左側正極導体板 ２１Ｐ 正極端子接続穴 ２２ 左側正極端子板 ２３ 右側正極導体板 ２４ 右側正極端子板 ２６ 左側負極導体板 ２６Ｎ 負極端子接続穴 ２７ 左側負極端子板 ２８ 右側負極導体板 ２９ 右側負極端子板 ３１ 正極コンデンサ導体板 ３２ 負極コンデンサ導体板 ３４ 正極端子導体 ３５ 負極端子導体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体スイッチ素子とダイオードとの逆並
   列回路の２組を直列接続して形成されるスイッチユニッ
   トの複数を並列に接続して１相分とし、これの必要相数
   を直流回路の正極と負極の間に接続する構成の大容量電
   力変換装置において、 同一平面上に前記スイッチユニットの１相分を左右方向
   に一列に並べ，且つ必要相数分を上下方向に並べ、 これらのスイッチユニットを左右対称に分割し、 左半分の各スイッチユニットの正極同士を左右対称とな
   る形状の左側正極導体板で短絡し、この左側正極導体板
   の左右寸法の中央部から左側正極端子板を引き出し、各
   スイッチユニットの負極同士を左右対称となる形状の左
   側負極導体板で短絡し、この左側負極導体板の左右寸法
   の中央部から左側負極端子板を引き出し、前記左側正極
   導体板ならびに左側正極端子板と、前記左側負極導体板
   ならびに左側負極端子板とを板状の左側絶縁体を挟んで
   重ねることで左側正負導体を形成させ、 右半分の各スイッチユニットの正極同士を左右対称とな
   る形状の右側正極導体板で短絡し、この右側正極導体板
   の左右寸法の中央部から右側正極端子板を引き出し、各
   スイッチユニットの負極同士を左右対称となる形状の右
   側負極導体板で短絡し、この右側負極導体板の左右寸法
   の中央部から右側負極端子板を引き出し、前記右側正極
   導体板ならびに右側正極端子板と、前記右側負極導体板
   ならびに右側負極端子板とを板状の右側絶縁体を挟んで
   重ねることで右側正負導体を形成させ、 前記左側正極端子板と右側正極端子板とを直接接続しま
   たは正極端子導体を介して接続し、前記左側負極端子板
   と右側負極端子板とを直接接続しまたは負極端子導体を
   介して接続することを特徴とする大容量電力変換装置の
   導体構造。
2. 【請求項２】請求項１に記載の大容量電力変換装置の導
   体構造において、 前記左側正極端子板と右側正極端子板との直接接続の中
   央部または前記正極端子導体の中央部には直流ヒューズ
   を介して平滑コンデンサの正極側端子を接続し、前記左
   側負極端子板と右側負極端子板との直接接続の中央部ま
   たは前記負極側端子導体の中央部には平滑コンデンサの
   負極側端子を接続することを特徴とする大容量電力変換
   装置の導体構造。