JP2005192296A

JP2005192296A - インバータ装置

Info

Publication number: JP2005192296A
Application number: JP2003428552A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yokoyama; 哲也横山; Kiyoshi Nemoto; 清志根本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】
生産性に優れ、配線インダクタンスの小さい、跳ね上がり電圧が抑制されたインバータ装置を提供することにある。
【解決手段】
複数のインバータを構成する直流入力用配線ブスバーの構造を簡素化するインバータ装置であり、複数のインバータ装置の正極，負極からなる直流入力端子を互いに対面する方向に配置したインバータ装置であって、前記それぞれのインバータ装置の負極は一体平面状の導体と接続され、他方の正極は他の一体平面状の導体と接続されて前記負極の導体に絶縁物を挟んで重なり合うように配置し接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ装置に関する。

複数個のスイッチング素子（インバータ）を並列接続したインバータ装置は例えば特開２００３−６１３６５号公報で知られている。

上記公知例によれば、各スイッチング素子のＰ極及びＮ極端子に接続される導体を近接する面から向かい合ったＬ型形状にすると共に、絶縁シートＰ極及びＮ極導体の近接する面に沿って貼り付け、前記導体に固定した絶縁シート間に隙間を作ることで沿面距離を確保することが開示されている。

特開２００３−６１３６５号公報

上記公知例によれば、各スイッチング素子のＰ極及びＮ極端子に接続される導体（ブスバー）を近接する面から向かい合ったＬ型形状に折り曲げなければならず、折り曲げに要する時間と設備が必要となり、強いてはコストアップの要因となっていた。

また、ブスバーの素材寸法の過大化，不要となる面積が多く廃棄する質量が大きい問題もある。一般にパワーモジュールから平滑コンデンサまでの配線はこのブスバーで形成されるが、モジュールの電極部の高さと平滑コンデンサの電極部の高さは大きく違い、水平状態から垂直状態に折り曲げる、また水平状態に戻すといった具合に配線しなければならなかった。

さらには、使用する素材は平角銅線もしくは平面状の銅板であり、平角銅線では折り曲げる手間が多くなり、平面状の銅板では不要な部分を削除しなければならなかった。よって、ブスバーの形状は複雑であった。

ブスバーの強度から見るとパワーモジュールや平滑コンデンサの質量は大きく、折り曲げ部には少なからずストレスがかかっていて、例えば、電気車などの車両に搭載するには折り曲げ部の強度に不足が生じる問題があった。

本発明の目的は、生産に優れ、配線インダクタンスが小さく、跳ね上がり電圧の抑制できるインバータ装置を提供するにある。

上記課題を解決するために、本発明は、直交三相電力変換できるモジュールからなるパワーデバイスを用いたインバータ装置を複数有し、その複数のインバータ装置の正極，負極からなる直流入力端子を互いに対面する方向に配置したインバータ装置であって、前記それぞれのインバータ装置の負極は一体平面状の導体と接続され、他方の正極は他の一体平面状の導体と接続されて前記負極の導体に絶縁物を挟んで重なり合うように配置し接続されることを特徴とする。

好ましくは、インバータ装置のそれぞれの直流入力端子間に一体平面状の導体に接続された平滑コンデンサを配置することにより達成される。

本発明によれば、生産に優れ、配線インダクタンスが小さく、跳ね上がり電圧の抑制できるインバータ装置が提供される。

本発明は、特に、１つのＤＣ入力電源系統から、２つの直交三相電力変換を必要とした自己消弧型素子内蔵のパワーモジュールを使った複数のインバータ装置を平設して使用するインバータ装置に関する。

本発明の第１の内容を盛り込んだ一実施例でパワーモジュールを図２に示す。３相ブリッジ構成の６in１パワーモジュールＡにはＤＣ入力電源の−電極に接続される２１Ｎ，
２２Ｎ，２３ＮとＤＣ入力電源の＋電極に接続される２１Ｐ，２２Ｐ，２３Ｐの端子と
ＡＣ出力の２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗの端子を備える。

次にパワーモジュールを横から見た図（パワーモジュール内部は透視図）を図３に示す。まず図上部の端子高さは−電極２１ＮとＵ出力２７Ｕが同一である。しかし、＋電極の
２１Ｐは−電極２１Ｎよりも低い高さに配置する。次に入力電源に接続される直流入力用ブスバーを配置し横から見た図を図４に示す。図４に示した−電極２１Ｎや＋電極２１Ｐに接続される−電極ブスバー３０や＋電極ブスバー３１の厚みは入力電流に併せて設計するが通常２〜３mmを選ぶ。本実施例では２mmの厚さとする。−電極ブスバー３０と＋電極ブスバー３１は層間容量を期待するため重なるように配置し、その間には絶縁用に絶縁プレート３２を挟み込む。その厚みは入力電圧値と絶縁プレートの絶縁耐圧に依るが本実施例では０.５mmとする。＋電極２１Ｐの上に厚さ２mmのブスバー３１、その上に厚さ０.５mmの絶縁プレート３２、その上には−電極２１Ｎに接続されるブスバー３０が積層される。

以上のことから、＋電極２１Ｐの高さと−電極２１Ｎの電極部の高さ違いは２mmと0.5
mmを足して２.５mm とする。以上、＋電極２１Ｐと−電極２１Ｎの関係について説明したが、＋電極２２Ｐと−電極２２Ｎの関係，＋電極２３Ｐと−電極２３Ｎの関係も同様とする。そして、＋電極２１Ｐと＋電極２２Ｐ，＋電極２３Ｐは同一の高さとし、よって−電極２１Ｎと−電極２２Ｎ，−電極２３Ｎは同一の高さとなる。

次に配置について説明する。今回の発明の内容は２つのインバータに関することで、上記説明した＋電極２１Ｐと−電極２１Ｎの高さ違いのモジュールを２つ用いる。それをパワーモジュールＡ２とパワーモジュールＢ３とする。配置例を図１に示す。その水平視
（モジュール内部は透視）を図９各々のモジュールを置く個所は冷却機能を有する一平面状のアルミ板３５であり、ねじなどで固定される。そしてパワーモジュールＡ２とパワーモジュールＢ３は＋電極２１ＰなどのＤＣ入力端子をお互い向かい合う方向かつ平行に配置する。出力端子２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ，２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗは＋ブスバー３１や−ブスバー３０が接近しないよう図のように外側へ向くこととする。

＋側のブスバー３１の形状について説明する。厚さ２mmの一平面状（段差のないもの）の銅板を用意し、その一銅板が各モジュールの＋電極２１Ｐ，２２Ｐ，２３Ｐ，２４Ｐ，２５Ｐ，２６Ｐのすべてに接触し＋電極固定ねじ３４でねじ止め固定されるように形成する。その銅板はモジュールと接続される側の１辺が−電極と接近しないように凸凹した感じになる。

−側のブスバー３０の形状について説明する。厚さ２mmの一平面状（段差のないもの）の銅板を用意し、その一銅板が各モジュールの−電極２１Ｎ，２２Ｎ，２３Ｎ，２４Ｎ，２５Ｎ，２６Ｎのすべてに接触し−電極固定ねじ３３でねじ止め固定されるように形成する。その銅板はモジュールと接続される側の１辺が＋電極と接近しないように凸凹した感じになる。

絶縁プレート３２は、＋側のブスバー３１と−側のブスバー３０が接触しないかつ必要十分な絶縁耐力を有する素材とする。形状は＋側のブスバー３１と−側のブスバー３０が重なる部分に足して絶縁用にかせぐ沿面距離を考慮した形となる。

以上説明したモジュールの配置に、まず＋ブスバー３１を載せパワーモジュールＡ２の＋電極端子に３箇所の＋電極固定ねじ３４でねじ止めし、パワーモジュールＢ３では＋電極端子に３箇所の＋電極固定ねじ３４でねじ止めし、さらに必要に応じて他の端子を設ける場合は任意に接続する。＋ブスバー３１を固定後、その上に絶縁プレート３２を載せる。本実施例では絶縁プレート３２を固定せず載せるだけとした。振動等の問題がある場合は別途固定台を設けてそこに固定する。次に−ブスバー３０を絶縁プレート３２の上に載せる。−ブスバー３０はパワーモジュールＡ２の−電極端子に３箇所の−電極固定ねじ
３３でねじ止めし、さらにパワーモジュールＢ３の−電極端子に３箇所の−電極固定ねじ３３でねじ止めし、さらに必要に応じて他の端子を設ける場合は任意に接続する。このとき中に挟みこんだ絶縁プレート３２が動かないように押圧させることが望ましい。

図６は本発明の第２実施例を示し、入力電源電圧の平滑用にコンデンサを配置したものである。

その水平視（モジュール内部は透視）を図７に示す。パワーモジュールＡ２とパワーモジュールＢ３は本発明の第１と同様のモジュールを使用し、各々のモジュールを置く個所は冷却機能を有する一平面状のアルミ板３５であり、ねじなどで固定される。そしてパワーモジュールＡ２とパワーモジュールＢ３は＋電極２１ＰなどのＤＣ入力端子をお互い向かい合い平行に配置する。本発明の第１の実施例と同様に−ブスバー３７は厚さ２mmの一平面状（段差のないもの）の銅板を用意し、その一銅板が各モジュールの−電極２１Ｎ，２２Ｎ，２３Ｎ，２４Ｎ，２５Ｎ，２６Ｎのすべてに接触し−電極固定ねじ３３でねじ止め固定されるように形成する。＋側のブスバー３１も本発明の第１と同様に、＋ブスバー３８は厚さ２mmの一平面状（段差のないもの）の銅板を用意し、その一銅板が各モジュールの＋電極２１Ｐ，２２Ｐ，２３Ｐ，２４Ｐ，２５Ｐ，２６Ｐのすべてに接触し＋電極固定ねじ３４でねじ止め固定されるように形成し、−ブスバー３７や＋ブスバー３８の中央部に平滑用コンデンサ３６を接続する。

固定方法はねじ止めやスポット溶接等である。−ブスバー３７には平滑コンデンサ３６の負極側と接続し、そして絶縁プレート３２を挟む形で＋ブスバー３８を平滑コンデンサ３６のもう一方の電極に接続する。一平面状の−ブスバー３７と一平面状の＋ブスバー
３８は積層され同一平面状でない（積層する分段差が生じる）ため、平滑用コンデンサ
３６の電極の高さをブスバーに合致させる。ねじ止め式の平滑用コンデンサではコンデンサの２つの電極部には段差が付き、ブスバーのほうではコンデンサの電極が突き出るため絶縁耐力を考慮して切削するなどして逃げる必要がある。組みあがった平滑用コンデンサ３６と−ブスバー３７，絶縁プレート３２，＋ブスバー３８を、前記配列したパワーモジュールＡ２とパワーモジュールＢ３の＋電極または−電極上に乗せる感じで置く。−ブスバー３７はパワーモジュールＡ２の−電極２１Ｎ〜２３ＮとパワーモジュールＢ３の−電極２４Ｎ〜２６Ｎに−電極固定ねじ３３でねじ止め固定する。＋電極ブスバー３８はパワーモジュールＡ２の＋電極２１Ｐ,２２Ｐ,２３ＰとパワーモジュールＢ３の＋電極２４Ｐ，２５Ｐ，２６Ｐに＋電極固定ねじ３４でねじ止め固定する。

本実施例の平滑用コンデンサ３６は２つ用いたものであるが電圧または電流リップルの大きさにあわせてコンデンサの数を増減させることが必要である。本実施例では平滑用コンデンサ３６を−ブスバー３７よりも上部に配置したが、平滑用コンデンサ３１を＋ブスバー３８より下部、つまりアルミ板３５の方向に配置することでも実施可能である。また、平滑用コンデンサ３６はアルミ電解コンデンサが一般的であるが大容量のフィルムコンデンサやセラミックコンデンサでも代用できる。

本発明の実施例によれば、複数のインバータを組み合わせた装置において、従来複雑な形状をしていた＋ブスバーおよび−ブスバーが、一平面状となり材料費の削減，製造コストの削減できる効果がある。

また、平滑用コンデンサを組み合わせることで配線インダクタンスが削減でき、モジュールをスイッチングさせることによるノイズの発生の低減や、Ｌ×（ｄｉ／ｄｔ）による跳ね上がり電圧の抑制できる効果がある。

本発明の一実施例におけるインバータ装置の平面図。本発明に用いられるパワーモジュールの平面図。図２の要部断面図。図２の要部断面図にパワーモジュールとブスバー組合せた状態図。本発明実施例の全体を表す要部断面図。本発明の他の実施例におけるパワーモジュール平面図。図６における要部断面図。

符号の説明

２…パワーモジュールＡ、３…パワーモジュールＢ、５…絶縁基板、６…パワー半導体素子、７…アルミワイヤ、２１Ｎ,２２Ｎ,２３Ｎ…パワーモジュールＡの−電極、２１Ｐ，２２Ｐ，２３Ｐ…パワーモジュールＡの＋電極、２４Ｎ，２５Ｎ，２６Ｎ…パワーモジュールＢの−電極、２４Ｐ，２５Ｐ，２６Ｐ…パワーモジュールＢの＋電極、２７Ｕ，
２７Ｖ，２７Ｗ…パワーモジュールＡの出力端子、２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ…パワーモジュールＢの出力端子、３０…−ブスバー、３１…＋ブスバー、３２…絶縁プレート、３３…−電極固定ねじ、３４…＋電極固定ねじ、３５…アルミ板。

Claims

直交三相電力変換できるモジュールからなるパワーデバイスを用いたインバータ装置を複数有し、その複数のインバータ装置の正極，負極からなる直流入力端子を互いに対面する方向に配置したインバータ装置であって、前記それぞれのインバータ装置の負極は一体平面状の導体と接続され、他方の正極は他の一体平面状の導体と接続されて前記負極の導体に絶縁物を挟んで重なり合うように配置し接続されることを特徴としたインバータ装置。
請求項１記載において、インバータ装置のそれぞれの直流入力端子間に一体平面状の導体に接続された平滑コンデンサを配置することを特徴としたインバータ装置。