JP5422949B2 - インバータ装置 - Google Patents

Description

この発明は、箱形のケースにスイッチング素子モジュール、短絡保護用ヒューズ、平滑用コンデンサを相単位で組み込んで構成した相ユニットを複数個並べて構成した直流入力形インバータ装置に関する。

従来から、スイッチング素子モジュール、短絡保護用ヒューズ、平滑用コンデンサ等を１相分ごとトレーまたはケースに組み込んで構成した相ユニットを２個または３個並べて構成した単相または多相インバータ装置は特許文献件１等により知られている。

図６ないし図８にこのような従来のインバータ装置の構成を示す。図６は、３個の相ユニットを組み合わせて構成した３相インバータ装置の全体の構成を示す斜視図、図７は、この従来のインバータ装置の相ユニットの構成を、側面を開放して示す斜視図、図８は、この従来のインバータ装置の電気回路構成図である。

図７に示すように、各相ユニットは、ユニットケース１０内を上下に２分した下方の区画にＩＧＢＴ等のスイッチング素子等をモジュール化した複数のスイッチング素子モジュールＳを納めたスイッチング素子モジュール室ＳＲを構成し、上方の区画に、複数の平滑用コンデンサＣを納めたコンデンサ室ＣＲを構成する。スイッチング素子モジュール室ＳＲとコンデンサ室ＣＲの間に短絡保護用ヒューズＦが配置される。

スイッチング素子モジュール室ＳＲおよびコンデンサ室ＣＲに収められた複数のスイッチング素子モジュールＳおよびコンデンサＣは、各素子へ均等に電流が流れるように、それぞれ接続端子を備えた正極スイッチング素子モジュール接続導体板１３Ｐおよび負極スイッチング素子モジュール接続導体板１３Ｎ間、並びに正極コンデンサ接続導体板１２Ｐおよび負極コンデンサ接続導体板１２Ｎ間に並列に接続してスイッチング素子モジュール組体およびコンデンサ組体を構成する（図７および図８参照）。

正極コンデンサ接続導体板１２Ｐの下端と正極スイッチング素子モジュール接続導体板１３Ｐの上端とをコンデンサ接続導体板１５Ｆおよび短絡保護用ヒューズＦを介して接続し、負極コンデンサ接続導体板１２Ｎと負極スイッチング素子モジュール接続導体板１３Ｎとは、中間接続導体板１５を介して接続される。そして正極コンデンサ接続導体板１２Ｐおよび負極コンデンサ接続導体板１２Ｎの正極直流母線１１Ｐおよび負極直流母線１１Ｎに最も接近した上端に形成した直流入力端子部１７Ｐ、１７Ｎを接続導体板１６Ｐ、１６Ｎを介してユニットケース１０の天井の外側に配設された直流母線導体１１Ｐ、１１Ｎ（図６および図８参照）を接続する。

なお、ユニットケース１０の底壁には、ユニットの移動を容易にするための車輪Ｈや、固定するための調整支持脚Ｌが設けられている。

このように構成した相ユニット１を図６に示すように３個（１Ｕ，１Ｖ，１Ｗ）組み合わせて３相のインバータ装置を構成する。

このように構成すると、インバータ装置が１相ごとにユニット化されるため、軽量となり、かつ故障やメンテナンスの時に相単位での交換が可能となるので、補修の作業性が向上する利点がある。

この反面、全相の部品を１つのケースに組み込んだインバータ装置に比較して各相ごとのユニット間の接続が図６に示すようにケース１０の外側で直流母線導体１１Ｐ，１１Ｎを介して行われるので、各相の平滑用コンデンサ間の接続距離が長くなることで、配線インダクタンスが増加することにより、各相の平滑用コンデンサ間の固有振動数が低下し、スイッチング素子モジュールのスイッチング周波数（キャリア周波数）に近い値となり、平滑用コンデンサに共振電流が流れてコンデンサの温度上昇を引き起こす問題がある。
特開２００２−３２０３９１号公報

また、このようなコンデンサの温度上昇を低減するには、平滑用コンデンサの容量を増加して、平滑用コンデンサ間の固有振動数をスイッチング素子モジュールのスイッチング周波数より低くすれば対応することができる。しかし、平滑用コンデンサの容量を増加すると、コンデンサの価格が上昇するだけでなく、ユニットケースのサイズを拡大しなければならないので、装置が大形になると共にコストが増大する問題が生じる。

この発明は、このような問題を解決するため、平滑用コンデンサの容量を増大することなく、平滑用コンデンサの温度上昇を抑えることのできるインバータ装置を提供することを課題とするものである。

前記のような課題を解決するため、この発明は、 インバータの各相を構成するスイッチング素子モジュール、短絡保護用ヒューズおよび平滑用コンデンサ等の構成素子を、１相ごとにユニットケースに収めて相ユニットを構成し、この相ユニットを複数組み合わせて単相または多相インバータを構成し、このインバータの直流入力端子を前記ユニットケースの外側に配設された直流母線導体に接続して構成したインバータ装置において、前記各相ユニットケース内の中間部にスイッチング素子モジュールと平滑用コンデンサとを接続する中間接続部を形成し、この中間接続部に直流入力端子を設け、この直流入力端子から前記直流母線まで伸ばした接続導体板によりこの直流入力端子と前記直流母線とを接続することを特徴とする。

この発明において、前記平滑用コンデンサは、ユニットケース内で絶縁シートを介して重ね合わせて配置された正極コンデンサ接続導体板と負極コンデンサ接続導体板とに接続することができる。

この発明によれば、各相ユニットと直流母線導体の接続が、各相ユニットケース内の中間部のスイッチング素子モジュールと平滑用コンデンサとを接続する中間接続部まで延ばした接続導体板より行われるので、平滑用コンデンサと直流母線との間の接続導体の長さが長くなり、接続導体のインダクタンスが増大する。これにより平滑用コンデンサ間の固有振動数をスイッチング素子モジュールのスイッチング周波数より低下させることができるので、インバータのスイッチング素子のスイッチングを行っても平滑用コンデンサに共振電流が流れることがないので、平滑用コンデンサの温度上昇を抑えることができるとともに、平滑用コンデンサの容量の増大を抑制することができ、装置の寸法増大を抑えることができる。

一方、平滑コンデンサの各端子を接続する各極性の接続導体板は、絶縁シートを介して重ね合わせた配置構成を維持しているため、スイッチング素子と平滑用コンデンサとの間の導体のインダクタンスは従来構成の場合とほぼ同じとなり、スイッチング素子の動作性能を維持することができる。

この発明の実施の形態を、図に示す実施例について説明する。

図１ないし図５はこの発明の実施例を示す構成図である。図１は、この発明の実施例による３個の相ユニットを組み合わせて構成した３相インバータ装置の全体の構成を示す斜視図、図２は、この発明の相ユニットの構成を示す分解斜視図、図３は、この発明の相ユニットの負極側の接続導体板の接続状態を示す斜視図、図４は、この発明の相ユニットの正極側の接続導体板の接続状態を示す斜視図、図５は、この発明による３相インバータ装置の電気回路構成図である。

この発明のインバータ装置と従来のインバータ装置とは、図１と図６とを比較して分かるように外観的にはほとんど差がなく同じに見える。

この図１に示すこの発明のインバータ装置は、３個の相ユニット３Ｕ，３Ｖ，３Ｗを組み合わせて３相インバータ装置を構成する。各相ユニットのユニットケース３０の上端の天井の外側に、直流電源から引き出された正極および負極の直母線導体板３１Ｐおよび３１Ｎが配置され、それぞれ接続導体板３６Ｐ，３６Ｎを介して各相ユニット内の中間直流入力端子（図１には不図示）に接続される。

次に、この直流母線導体と相ユニット内の中間直流入力端子との具体的な接続構造を、図２ないし図５を用いて説明する。

ユニットケース３０は、内部が図２に示すように２分され、その上半部に複数の平滑用コンデンサＣの納められたコンデンサ室ＣＲが、下半部に複数のスイッチング素子モジュールＳの納められたスイッチング素子モジュール室ＳＲを備える。

コンデンサ室ＣＲに納められた平滑用コンデンサＣの上に負極コンデンサ接続導体板４１Ｎが載置され、複数のコンデンサＣの２分された一方の群のコンデンサＣの負極端子が並列に接続される。この負極コンデンサ接続導体板４１Ｎの上に絶縁シート４２を間に挟んで平滑用コンデンサＣを直列に接続するための中間接続導体板４３を載置する。この中間接続板４３に、一方の群の平滑用コンデンサの正極端子が並列に接続されると共に他方の群の平滑用コンデンサＣの負極端子が並列接続される。この中間接続導体板４３の上にさらに絶縁シート４４を介して正極コンデンサ接続導体板４１Ｐが載置され、この正極コンデンサ接続導体板４１Ｐに他方の群のコンデンサＣの正極端子が並列に接続される。

負極コンデンサ接続導体板４１Ｎの下端のスイッチング素子モジュール室ＳＲと対向する側に設けた接続端部とこのスイッチング素子モジュール室ＳＲに納められたスイッチング素子モジュールＳの負極端子を並列接続した負極スイッチング素子モジュール接続導体板５１Ｎ（図３参照）の上端の接続端部とを中間直流入力端子３５Ｎを備えた中間接続導体３５を介して接続する。また、正極コンデンサ接続導体板４１Ｐのスイッチング素子モジュール室ＳＲと対向する側に設けた接続端部を、正極側の中間直流入力端子を兼ねたヒューズ接続導体板３５ＰおよびヒューズＦを介してスイッチング素子モジュール室ＳＲに納められたスイッチング素子モジュールＳの正極端子が並列に接続された正極モジュール導体板５１Ｐ（図２および図４参照）に接続する。

この発明においては、このようにして、ユニットケース３０内のコンデンサ室ＣＲのコンデンサＣとスイッチング素子モジュール室ＳＲのスイッチング素子モジュールとを接続する中間接続部に中間直流入力端子（３５Ｐおよび３５Ｎ）が形成されるので、中間直流入力端子はユニットケース３０のほぼ中間部に位置する。

この中間直流入力端子３５Ｐ，３５Ｎを直流母線導体に接続するため、先ず、負極直流母線導体３１Ｎと接続するためのほぼＬ字形に形成された負極接続導体３６Ｎの下端を、図３に示すように負極側の中間直流入力端子３５Ｎに接続して、上端をユニットケース３０の天井の外側へ引き出す。このとき、負極接続導体３６Ｎと正極コンデンサ接続導体板４１Ｐとの絶縁を行うため、両者間に絶縁シート４６を挟みこむ（図２および図４参照）。

次に、ほぼＩ字形に形成した正極接続導体３６Ｐの下端を、図４に示すように正極コンデンサ接続導体板４１Ｐの下端に接続された正極の中間直流入力端子を兼ねたヒューズ接続導体３５Ｐに接続し、上端をユニットケース３０の天井の外側へ引き出す。

各相ユニットの内部の電気的接続は、図５に示す電気回路構成図のようにな構成される。なお、この図において、３４Ｕないし３４Ｗは、各相ユニットから引き出される３相交流出力導体であり、これに図示しない交流負荷が接続される。

この発明おいては、特に図４および図５から明らかなように、各相ユニットのユニットケース３０内の中間部に、コンデンサ室ＣＲ内の平滑用コンデンサＣを接続するコンデンサ接続導体板とスイッチング素子モジュール室ＳＲ内のスイッチング素子モジュールＳを接続するスイッチング素子モジュール接続導体板との中間接続部に直流入力端子（３５Ｐ，３５Ｎ）を設け、このケース中間部の直流入力端子（３５Ｐ，３５Ｎ）にＩ字形およびＬ字形等に形成された接続導体の一端を接続し、他端をユニットケース３０の天井側へ引き出し、ユニットケースの天井の外に配設された直流電源から引き出された直流母線導体（３１Ｐ，３１Ｎ）と接続するように構成している。

このように発明においては、各相の平滑用コンデンサ間を接続する接続導体の長さを長くして、接続導体のインダクタンスが増大することができるので、平滑用コンデンサ回路の固有周波数をコンデンサの容量を増加することなく低下させることができる。その一方で平滑コンデンサとスイッチング素子モジュールとの間の接続導体の長さは従来と変更なく同じであるとともに、平滑コンデンサとスイッチング素子モジュールとの間の各極性の接続導体板は絶縁シートを介して重ね合わせた配置構成（ラミネート構成）を維持しているので、この接続導体のインダクタンスの増加することはない。この結果、スイッチング素子の動作特性を低下させることなく、インバータ装置の動作中の平滑用コンデンサに流れる電流が大きな共振電流となることなく定常電流値付近まで低減されるので、平滑用コンデンサの温度上昇を抑制することができる。

この発明の実施例による３個の相ユニットを組み合わせて構成した３相インバータ装置の全体の構成を示す斜視図。 この発明の実施例による相ユニットの構成を示す分解斜視図。 この発明の実施例による相ユニットの負極接続導体の接続状態を示す斜視図。 この発明の実施例による相ユニットの正極接続導体の接続状態を示す斜視図。 この発明の実施例によるインバータ装置の電気的構成を示す回路構成図。 ３個の相ユニットを組み合わせて構成した従来の３相インバータ装置の全体の構成を示す斜視図。 従来のインバータ装置の相ユニットの構成を、側面を開放して示す斜視図。 従来のインバータ装置の電気的構成を示す回路構成図。

符号の説明

３：相ユニット、３０：ユニットケース、３１Ｐ，３１Ｎ：正および負極直流母線導体、３４：交流出力導体、３５Ｐ，３５Ｎ：正および負極直流入力端子、３６Ｐ，３６Ｎ：正および負極接続導体、４１Ｐ，４１Ｎ：正および負極コンデンサ接続導体板、Ｓ：スイッチング素子モジュール、Ｃ：平滑用コンデンサ。

Claims (2)

1. インバータの各相を構成するスイッチング素子モジュール、短絡保護用ヒューズおよび平滑用コンデンサ等の構成素子を、１相ごとにユニットケースに収めて相ユニットを構成し、この相ユニットを複数組み合わせて単相または多相インバータを構成し、このインバータの直流入力端子を前記相ユニットケースの外側に配設された直流母線導体に接続して構成したインバータ装置において、前記各相ユニットケース内の中間部にスイッチング素子モジュールと平滑用コンデンサとを接続する中間接続部を形成し、この中間接続部に直流入力端子を設け、この直流入力端子から前記相ユニットケースの外側に配設された直流母線導体まで伸ばした接続導体板によりこの直流入力端子と前記直流母線導体とを接続することを特徴とするインバータ装置。
2. 請求項１に記載のインバータ装置において、前記平滑用コンデンサを、ユニットケース内で絶縁シートを介して重ね合わせて配置された正極コンデンサ接続導体板と負極コンデンサ接続導体板とに接続したことを特徴とするインバータ装置。

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