JP2005065414A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低インダクタンス化した導体装置を有するインバータ装置を提供すること。
【解決手段】 陽極導体１、絶縁シート３および陰極導体４をこの順序で配置したラミネート構成とし、陽極導体１と絶縁シート３との間には、沿面距離を稼ぐためのフランジ部１０と空間距離を確保するためのバリア部１１，１２とを有する絶縁キャップ２を配置した。陽極導体１は絶縁キャップ２のバリア部１２、陰極導体４はバリア部１１を貫通配置させるだけの必要最小限の大きさの丸穴９，１７しか開けられていないので、対向電流を近接させることで得られるインダクタンスの低減効果を大きくすることができ、これによってサージ電圧を抑制できることから、ヒューズおよびスナバ回路を省略することが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明はインバータ装置に関し、特にラミネート構成の低インダクタンス導体装置で平滑コンデンサと半導体スイッチング素子との間を接続して高速スイッチングを可能にしたインバータ装置に関する。

インバータ装置は、電源となる複数の平滑コンデンサと、複数の半導体スイッチング素子と、各半導体スイッチング素子に接続されたスナバ回路とを備え、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子とは導体装置によって接続されている。この導体装置は、陽極電極を構成するプレート状の陽極導体と陰極電極を構成するプレート状の陰極導体とこれらの間に挟持される絶縁シートとからなるラミネート構成のものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。

図４は従来の導体装置を示す展開斜視図、図５は従来の導体装置を示す完成斜視図、図６は従来の導体装置を構成する導体を示す平面図であって、（Ａ）は陽極導体、（Ｂ）は陰極導体を示している。

従来の導体装置は、プレート状の陽極導体１０１と、絶縁シート１０２と、プレート状の陰極導体１０３とを備えている。陽極導体１０１は、陽極電源入力端子１０４と、半導体スイッチング素子に接続される陽極電源出力端子１０５と、平滑コンデンサの陽極端子に接続される陽極端子接続部１０６とを有している。この陽極端子接続部１０６は、その回りに切欠き部１０７が形成されて導体装置の完成時に陰極導体１０３と同一レベルになるように段差が付けられているともに、平滑コンデンサの陰極端子の陰極端子との絶縁距離を確保するようにしている。

陰極導体１０３は、陰極電源入力端子１０８と、半導体スイッチング素子に接続される陰極電源出力端子１０９と、平滑コンデンサの陰極端子に接続される陰極端子接続部１１０とを有し、この陰極端子接続部１１０に隣接して、平滑コンデンサの陽極端子との絶縁距離を確保するために、切欠き部１１１が形成されている。

絶縁シート１０２は、陽極導体１０１と陰極導体１０３とによって挟持されたときに、陽極導体１０１の陽極端子接続部１０６と陰極導体１０３の陰極端子接続部１１０とに対応する部分に切欠き部１１２を有している。

このように、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子との間を電気的に接続する導体装置をラミネート構成にしたことにより、陽極導体１０１と陰極導体１０３とを流れる対向電流が近接化し、これにより配線の相互インダクタンスが相殺されて配線インダクタンスを低減することができる。この導体装置の低インダクタンス化により、スイッチング時に半導体スイッチング素子に印加されるサージ電圧が低減され、スナバコンデンサの容量を小さく、または省略することができる。
特開平９−１１７１２６号公報（段落番号〔０００７〕〜〔０００８〕、〔００１２〕，図２）

しかしながら、従来のインバータ装置に用いられている導体装置は、半導体スイッチング素子から平滑コンデンサまでの陽極導体および陰極導体を平面で重ね、各導体相間に絶縁シートのみを介挿したラミネート構成であるが、各平滑コンデンサの端子への接続部の絶縁距離を確保するため、陽極導体および陰極導体は、各端子接続部の周辺を大きく切り欠くことが必要で、ラミネート構成になっていない範囲があり、配線インダクタンス低減のネックとなっているという問題点があった。特に、大容量インバータ装置の半導体スイッチング素子としてＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）素子を使用する場合に、サージ電圧を素子耐圧以下に抑えるためには、さらなる配線インダクタンスの低減が必要になる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、低インダクタンス化した導体装置を有するインバータ装置を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、第１の電極を構成する第１の導体と第２の電極を構成する第２の導体との間に絶縁シートを挟持したラミネート構成の導体装置で平滑コンデンサと半導体スイッチング素子との間を接続するインバータ装置において、前記第１の導体と前記第２の導体との間に配置されて前記第２の導体を前記平滑コンデンサの端子接続部の一方に接続するねじを囲うように前記第１の導体を貫通して伸びる筒状の第１のバリア部と周縁部が前記第１のバリア部の周囲から所定距離だけ隔てられた第１のフランジ部とを有する第１の絶縁キャップと、前記第１の導体と前記第２の導体との間に配置されて前記第１の導体を前記平滑コンデンサの端子接続部の他方に接続するねじを着座させるべく前記第１の導体に前記第２の導体の方向へ略板厚分の段差を設けた丸い段差部を囲うように前記第２の導体を貫通して伸びる筒状の第２のバリア部と周縁部が前記第２のバリア部の周囲から所定距離だけ隔てられた第２のフランジ部とを有する第２の絶縁キャップとを備え、前記第１の導体は、前記第１の絶縁キャップの前記第１のバリア部を貫通配置させるだけの第１の丸穴と、前記段差部の中央に設けられた第２の丸穴とを有し、前記第２の導体は、前記第２の絶縁キャップの前記第２のバリア部を貫通配置させるだけの第３の丸穴と、前記ねじを通す第４の丸穴とを有する、ことを特徴とするインバータ装置が提供される。

このようなインバータ装置によれば、ラミネート構成の導体装置を構成する第１および第２の導体は、第１および第２の絶縁キャップの第１および第２のバリア部を貫通配置させるだけの第１および第３の丸穴だけしか開いていないので、平面で重ね合わせられる面積を最大に取ることができ、これによって、第１および第２の導体を流れる対向電流を近接させることで得られるインダクタンスの低減効果を大きくすることができ、インダクタンスが低減されることで、スイッチング時に半導体スイッチング素子に印加されるサージ電圧を抑制することができて、ヒューズおよびスナバ回路の省略が可能になる。

本発明のインバータ装置は、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子とを接続する導体装置を低インダクタンス化したことにより、スイッチング時に半導体スイッチング素子に印加されるサージ電圧を素子耐圧以下に抑えることが可能になるので、その場合には、スナバ回路を省略できるだけでなく、通常設けられているヒューズを省略することもできるため、インバータ装置のコストを低減することができるという利点がある。

以下、本発明の実施の形態を三相交流出力のインバータ装置に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明によるインバータ装置の導体装置を示す展開斜視図、図２は本発明によるインバータ装置の導体装置を示す完成斜視図、図３は本発明によるインバータ装置の導体装置を構成する導体を示す平面図であって、（Ａ）は陽極導体、（Ｂ）は陰極導体を示している。

本発明によるインバータ装置の導体装置は、プレート状の陽極導体１と、第１および第２の絶縁キャップを樹脂成型により一体に形成した絶縁キャップ２と、絶縁シート３と、プレート状の陰極導体４とを備えている。陽極導体１は、略四角形の導体板の対向する２辺を反対方向に折り曲げた形状を有し、その折り曲げ片の一方には陽極電源入力端子５が一体に形成され、他方の折り曲げ片には、半導体スイッチング素子に接続される陽極電源出力端子６が一体に形成されている。この例のインバータ装置では、三相交流出力を得るために３組の半導体スイッチング素子を備えているので、この陽極電源出力端子６は、３つ備えている。陽極導体１は、また、平滑コンデンサの陽極端子に接続される陽極端子接続部７を有している。この陽極端子接続部７は、陽極導体１に板厚分の段差を有する凹部が設けられていて、その中心に平滑コンデンサの陽極端子に螺着されるねじ８を挿通させるための丸穴が穿設されることにより形成されている。この陽極端子接続部７は、この例では４つの平滑コンデンサを陽極導体１に並列に接続するため、それらの陽極端子に対応する位置に４つ設けられている。これら陽極端子接続部７に隣接して平滑コンデンサの陰極端子に螺着されるねじ８を挿通させるための丸穴９もそれぞれ陽極導体１に穿設されている。

絶縁キャップ２は、沿面距離を稼ぐための薄いフランジ部１０と、空間距離を確保するためにこのフランジ部１０の面から互いに反対方向に伸びる筒状のバリア部１１，１２とを有しており、これらフランジ部１０およびバリア部１１，１２は、絶縁性の樹脂によって一体に成型されている。フランジ部１０は、バリア部１１，１２の周囲からある一定の距離だけ隔てられた周縁部を有している。絶縁キャップ２の大径のバリア部１１は、陽極端子接続部７の段差部が干渉しないだけの貫通穴を有し、小径のバリア部１２は、ねじ８が通るだけの貫通穴を有していて、このバリア部１２は、導体装置を組み立てたときに陽極導体１の丸穴９に挿通される。

絶縁シート３は、略四角形のシートの対向する２辺を反対方向に折り曲げた形状を有し、導体装置を組み立てたときに絶縁キャップ２の大径のバリア部１１が挿通される大径の丸穴１３と、陽極導体１の丸穴９と同じ径を有する丸穴１４とがそれぞれ４組設けられている。

陰極導体４は、略四角形の導体板の対向する２辺を反対方向に折り曲げた形状を有し、その折り曲げ片の一方には陰極電源入力端子１５が一体に形成され、他方の折り曲げ片には、半導体スイッチング素子に接続される４つの陰極電源出力端子１６が一体に形成されている。陰極導体４は、また、絶縁キャップ２の大径のバリア部１１が挿通される絶縁シート３の丸穴１３と同じ径を有する大径の丸穴１７と、平滑コンデンサの陰極端子に螺着されるねじ８を挿通させるための丸穴１８とが穿設されている。

導体装置は、陽極導体１、絶縁シート３および陰極導体４をこの順序で配置したラミネート構成とし、絶縁キャップ２を陽極導体１と絶縁シート３との間で、バリア部１１が絶縁シート３の丸穴１３および陰極導体４の丸穴１７を貫通し、バリア部１２が陽極導体１の丸穴９を貫通するように配置することにより、図２に示されるように構成される。ねじ８による各接続部周辺の陽極導体１および陰極導体４には、絶縁キャップ２の形状を逃げるためだけの必要最小限の丸穴９，１７しか開けられていない。

したがって、陽極導体１および陰極導体４を絶縁シート３および絶縁キャップ２を用いて、平面で重ね合わせられる面積を最大に取ることで、従来ラミネート化できなかった部分をもラミネート化することができようになり、陽極導体１および陰極導体４を流れる対向電流を近接させることで得られるインダクタンスの低減効果をさらに大きくすることができる。配線インダクタンスが低減されることにより、スイッチング時に半導体スイッチング素子に印加されるサージ電圧をさらに抑制することができる。したがって、サージ電圧が素子耐圧以下に抑えられる動作条件のもとでは、従来必要であったヒューズおよびスナバ回路を省略、もしくはスナバ回路のコンデンサの容量を大幅に低減させることが可能になるだけでなく、素子の耐電圧がシビアであったＩＧＢＴを半導体スイッチング素子として採用することが可能になる。

なお、上記に実施の形態では、絶縁キャップ２を１つの平滑コンデンサに対して１つ用いるように構成したが、平滑コンデンサに端子間距離が広かったり、長い沿面距離が必要でない場合には、平滑コンデンサの端子ごとに１つずつ用いるようにしてもよい。

本発明によるインバータ装置の導体装置を示す展開斜視図である。 本発明によるインバータ装置の導体装置を示す完成斜視図である。 本発明によるインバータ装置の導体装置を構成する導体を示す平面図であって、（Ａ）は陽極導体、（Ｂ）は陰極導体を示している。 従来の導体装置を示す展開斜視図である。 従来の導体装置を示す完成斜視図である。 従来の導体装置を構成する導体を示す平面図であって、（Ａ）は陽極導体、（Ｂ）は陰極導体を示している。

符号の説明

１ 陽極導体
２ 絶縁キャップ
３ 絶縁シート
４ 陰極導体
５ 陽極電源入力端子
６ 陽極電源出力端子
７ 陽極端子接続部
８ ねじ
９ 丸穴
１０ フランジ部
１１，１２ バリア部
１３，１４ 丸穴
１５ 陰極電源入力端子
１６ 陰極電源出力端子
１７，１８ 丸穴

Claims (2)

1. 第１の電極を構成する第１の導体と第２の電極を構成する第２の導体との間に絶縁シートを挟持したラミネート構成の導体装置で平滑コンデンサと半導体スイッチング素子との間を接続するインバータ装置において、
   前記第１の導体と前記第２の導体との間に配置されて前記第２の導体を前記平滑コンデンサの端子接続部の一方に接続するねじを囲うように前記第１の導体を貫通して伸びる筒状の第１のバリア部と周縁部が前記第１のバリア部の周囲から所定距離だけ隔てられた第１のフランジ部とを有する第１の絶縁キャップと、前記第１の導体と前記第２の導体との間に配置されて前記第１の導体を前記平滑コンデンサの端子接続部の他方に接続するねじを着座させるべく前記第１の導体に前記第２の導体の方向へ略板厚分の段差を設けた丸い段差部を囲うように前記第２の導体を貫通して伸びる筒状の第２のバリア部と周縁部が前記第２のバリア部の周囲から所定距離だけ隔てられた第２のフランジ部とを有する第２の絶縁キャップとを備え、
   前記第１の導体は、前記第１の絶縁キャップの前記第１のバリア部を貫通配置させるだけの第１の丸穴と、前記段差部の中央に設けられた第２の丸穴とを有し、
   前記第２の導体は、前記第２の絶縁キャップの前記第２のバリア部を貫通配置させるだけの第３の丸穴と、前記ねじを通す第４の丸穴とを有する、
   ことを特徴とするインバータ装置。
2. 前記第１および第２の絶縁キャップは、樹脂成型により一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。

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