(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における各平滑コンデンサと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、平滑コンデンサとスイッチユニットの間の配線を簡素にして配線スペースを縮小できるようにすることにある。【解決手段】正負両極導体板２１，３１に接続するスイッチユニットから正負両極導体端子２２，３２までの距離を大きくとる。また正負両極導体板またはその正負両極導体端子を折り曲げて、前記スイッチユニットから正負両極導体端子までの空間距離を短縮させる。スリット付き正負両極導体板２４，３４はスイッチユニットと正負両極導体端子２２，３２との間に切り欠き部２５，３５を設ける。この切り欠き部の長さはスリット付き正負両極導体板２４，３４の左右寸法のほぼ半分の長さで，その幅は電流の相互作用の影響を小さくできる寸法にする。またリット付きスリット付き正負両極導体板を折り曲げて、前記スイッチユニットから正負両極導体端子までの空間距離を短縮させる。【選択図】　　　　図６
2004096887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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左右方向に一列に並べて１相分を形成させると共にこれの必要相数分を上下方向にすべて同一平面上に並べ、
平滑コンデンサの複数を左右方向に並べ、
上下左右に並べた前記スイッチユニットの表面を正極導体板で覆う際に、各スイッチユニットの負極端子と交流端子に対応する位置は開口部にすると共に各正極端子を当該正極導体板に接続し、
この正極導体板と絶縁シートを介して重ねる負極導体板は、各スイッチユニットの正極端子と交流端子に対応する位置を開口部にすると共に各負極端子を当該負極導体板と接続し、
前記正極導体板の左右いずれかの端部に前記平滑コンデンサを接続する正極導体端子を備え、
前記負極導体板の前記と反対側の端部に前記平滑コンデンサを接続する負極導体端子を備えている大容量電力変換装置の導体構造において、
前記正極導体板に接続するスイッチユニットから正極導体端子までの距離と、負極導体板に接続するスイッチユニットから負極導体端子までの距離を大きくすることを特徴とする大容量電力変換装置の導体構造。
【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、
前記正負両極導体板またはその正負両極導体端子を折り曲げて、前記スイッチユニットから正負両極導体端子までの空間距離を短縮させることを特徴とする大容量電力変換装置の導体構造。
【請求項３】
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左右方向に一列に並べて１相分を形成させると共にこれの必要相数分を上下方向にすべて同一平面上に並べ、
平滑コンデンサの複数を左右方向に並べ、
上下左右に並べた前記スイッチユニットの表面を正極導体板で覆う際に、各スイッチユニットの負極端子と交流端子に対応する位置は開口部にすると共に各正極端子を当該正極導体板に接続し、
この正極導体板と絶縁シートを介して重ねる負極導体板は、各スイッチユニットの正極端子と交流端子に対応する位置を開口部にすると共に各負極端子を当該負極導体板と接続し、
前記正極導体板の左右いずれかの端部に前記平滑コンデンサを接続する正極導体端子を備え、
前記負極導体板の前記と反対側の端部に前記平滑コンデンサを接続する負極導体端子を備えている大容量電力変換装置の導体構造において、
前記正極導体板は、前記スイッチユニットと正極導体端子との間に当該正極導体板の左右寸法のほぼ半分の長さの切り欠き部を設けたスリット付き正極導体板とし、
前記負極導体板は、前記スイッチユニットと負極導体端子との間に当該負極導体板の左右寸法のほぼ半分の長さの切り欠き部を設けたスリット付き負極導体板とすることを特徴とする大容量電力変換装置の導体構造。
【請求項４】
請求項３に記載の大容量電力変換装置の導体構造において、
前記スリット付き正負両極導体板またはその正負両極導体端子を折り曲げて、前記スイッチユニットから正負両極導体端子までの空間距離を短縮させることを特徴とする大容量電力変換装置の導体構造。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の大容量電力変換装置の導体構造において、
前記スリット付き正負両極導体板に設ける前記切り欠き部の幅寸法は、当該切り欠き部の一方の縁と他方の縁を対向して流れる電流の相互作用の影響を小さくできる寸法にすることを特徴とする大容量電力変換装置の導体構造。
【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、以下では直流電力を交流電力に変換するインバータ装置を例にして本発明の詳細を説明する。
インバータ装置は、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接続回路の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個のダイオード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ＩＧＢＴやダイオードも大容量にするが、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接続して使用することになる。このとき平滑コンデンサも正負極間接続にするが、この平滑コンデンサも大容量にする必要であることから、スイッチユニットと同様に複数のコンデンサを並列に接続して使用する。
【０００３】
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７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７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１７Ｎ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。
【０００４】
図８は大容量インバータ用に複数のスイッチユニットの正極端子を並列接続する正極導体板の従来例を示した構造図であって、１相分として横方向に４個，３相分として上下方向に３段に並べた合計１２個のスイッチユニット１５Ａで３相インバータが形成される。これらのスイッチユニット１５Ａを並列接続するために、正極導体板１６には、各スイッチユニット１５Ａに対応する位置に開口部があり、この開口部に正極端子Ｐを接続するための正極端子接続穴１６Ｐを設けている。正極導体板１６の下端左側には正極導体端子１６Ｔがあって、スイッチユニット１５Ａの下側に横一列に並んでいる複数の平滑コンデンサ（図示は省略）の正極側端子同士を並列に接続するための導体が、この正極導体端子１６Ｔに接続される。
【０００５】
図９は大容量インバータ用に複数のスイッチユニットの負極端子を並列接続する負極導体板の従来例を示した構造図であって、前述した正極導体板１６と同様に、各スイッチユニット１５Ａに対応する位置に開口部があり、この開口部に負極端子Ｎを接続するための負極端子接続穴１７Ｎを設けている。この負極導体板１７の下端右側には負極導体端子１７Ｔがあって、前述の複数平滑コンデンサの負極側端子同士を並列に接続するための導体が、この負極導体端子１７Ｔに接続される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述した図８に図示の正極導体板の従来例において、例えば最下段左端のスイッチユニットから正極導体端子１６Ｔまでの距離と、同じ最下段でも右端のスイッチユニットから正極導体端子１６Ｔまでの距離の差は大きい。この距離の差は導体の抵抗とインダクタンスに差を生じさせるから、この差が原因で各スイッチユニットを流れる電流に不平衡を生じる。正極導体端子１６Ａを正極導体板１６の中央部から引き出し、負極導体端子１７Ｔを負極導体板１７の中央部から引き出せば、各スイッチユニットから正負両極導体端子までの抵抗とインダクタンスの不平衡が減少し、電流の不平衡を軽減できるのであるが、インバータ装置ではスイッチユニットと複数の平滑コンデンサとの接続は必須であるために、正極導体端子１６Ｔを左端に設置して、ここから平滑コンデンサの正極側端子へ接続し、平滑コンデンサの負極側端子へは右端に設置した負極導体端子１７Ｔから接続することで、並列接続している各平滑コンデンサの電流に不平衡が生じるのを抑制している。
【０００７】
すなわち、正負両極導体板の中央から導体端子を引き出して各スイッチユニットの電流不平衡を抑制しようとすると、各平滑コンデンサに電流不平衡を生じてしまう不都合が現れる。そこで正負両極導体端子を中央から引き出して、尚且つ各平滑コンデンサの電流をバランスさせようとすると、正負両極導体と平滑コンデンサの間の導体配置が複雑になって組み立て作業に手間がかかることになるし、正負両極導体と平滑コンデンサの間に広いスペースが必要になることから、装置全体が大形化してしまう不都合もある。
【０００８】
また、「特開２０００−３５０４７５　」号公報に記載の発明では、配置されている複数のスイッチユニットの上下方向の中央部から右方向へ正極側端子を引出し、負極側端子は左方向へ引き出しているから、前述したように平滑コンデンサと接続してインバータなどの電力変換装置を構成する場合に、不平衡電流を生じない導体接続には広いスペースと手間がかかってしまう欠点があるし、スイッチユニットを偶数で使用しなければならないために、余分なスイッチユニットを使用することもあり、装置寸法の大形化やコストの上昇をもたらす不具合が生じる。
【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における各平滑コンデンサと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、平滑コンデンサとスイッチユニットの間の配線を簡素にして配線スペースを縮小できるようにすることにある。
【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、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１相分を左右方向に一列に並べ、必要相数分を上下方向にすべて同一平面上に並べ、平滑コンデンサの複数を左右方向に並べ、上下左右に並べた前記スイッチユニットの表面を正極導体板で覆う際に、各スイッチユニットの負極端子と交流端子に対応する位置は開口部にすると共に各正極端子を当該正極導体板に接続し、この正極導体板と絶縁シートを介して重ねる負極導体板は、各スイッチユニットの正極端子と交流端子に対応する位置を開口部にすると共に各負極端子を当該負極導体板と接続し、前記正極導体板の左右いずれかの端部に前記平滑コンデンサを接続する正極導体端子を備え、前記負極導体板の前記と反対側の端部に前記平滑コンデンサを接続する負極導体端子を備えている大容量電力変換装置の導体構造において、
前記正極導体板に接続するスイッチユニットから正極導体端子までの距離と、負極導体板に接続するスイッチユニットから負極導体端子までの距離を大きくする。
【００１１】
前記正負両極導体板またはその正負両極導体端子を折り曲げて、前記スイッチユニットから正負両極導体端子までの空間距離を短縮させる。
前記正極導体板は、前記スイッチユニットと正極導体端子との間に当該正極導体板の左右寸法のほぼ半分の長さの切り欠き部を設けたスリット付き正極導体板とし、前記負極導体板は、前記スイッチユニットと負極導体端子との間に当該負極導体板の左右寸法のほぼ半分の長さの切り欠き部を設けたスリット付き負極導体板とする。
【００１２】
前記スリット付き正負両極導体板またはその正負両極導体端子を折り曲げて、前記スイッチユニットから正負両極導体端子までの空間距離を短縮させる。
前記スリット付き正負両極導体板に設ける前記切り欠き部の幅寸法は、当該切り欠き部の一方の縁と他方の縁を対向して流れる電流の相互作用の影響を小さくできる寸法にする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を表した正極導体板の構造図であるが、この正極導体板２１の構造は、スイッチユニットから正極導体端子２２までの距離Ｌが、図８で既述の従来例よりも大きくなっている点が異なるが、これ以外はすべて同じである。寸法Ｌを大きくすることで、同一相で正極導体端子２２に近い位置のスイッチユニットと遠い位置のスイッチユニットの配線抵抗とインダクタンスの差を、従来よりも縮小することができる。
【００１４】
図２も本発明の第１実施例を表した負極導体板の構造図であるが、この負極導体板３１の構造は、スイッチユニットから負極導体端子３２までの距離Ｌを、図１に図示の第１実施例と同様に大きくしているから、同一相で負極導体端子３２に近い位置のスイッチユニットと遠い位置のスイッチユニットでも配線抵抗とインダクタンスの差は、従来よりも縮小されている。
【００１５】
図３は本発明の第２実施例を表した負極導体板の構造図であって、スイッチユニットから負極導体端子３２までの間で負極導体板３３に折り曲げ加工を施している。この折り曲げ加工により、平滑コンデンサとスイッチユニットとを近接して取り付けることができるから、図２で既述の第１実施例と同様に、スイッチユニットから負極導体端子３２までの長さ寸法Ｌを確保しながらでも、装置全体を小形化することができる。なお図示は省略しているが、正極導体板も同様の折り曲げ加工を施す。
【００１６】
図４は本発明の第３実施例を表した正極導体板の構造図であって、切り欠き部２５を備えたスリット付き正極導体板２４と正極導体端子２２で構成している。この切り欠き部２５により、左端のスイッチユニットから正極導体端子２２までの電流経路の長さと、これと同一相の右端のスイッチユニットから正極導体端子２２までの電流経路の長さをほぼ同じにするために、この切り欠き部２５の概略寸歩は、当該スリット付き正極導体板２４の幅寸法の約半分まで切り込む。
【００１７】
左端のスイッチユニットからは、矢印Ａで示した経路と矢印Ｂで示した経路を経て正極導体端子２２へ電流が流れるが、切り欠き部２５の幅寸法Ｂが小さいと経路Ａの電流と経路Ｂの電流が接近して流れ、配線インダクタンスを減少させるから、切り欠き部２５を設けても、電流の不平衡を是正する効果が低下する。配線インダクタンスは幅寸法Ｂの２乗で変化するから、配線インダクタンスの減少を無視できる程度に幅寸法Ｂの値を定める。
【００１８】
図５は本発明の第３実施例を表した負極導体板の構造図であって、切り欠き部３５を備えたスリット付き正極導体板３４と負極導体端子３２で構成しているが、その作用は図４で既述のスリット付き正極導体板２４の場合と同じであるから、その説明は省略する。
図６は本発明の第４実施例を表したスリット付き負極導体板の構造図であって、スイッチユニットから負極導体端子３２までの間でスリット付き負極導体板３６に折り曲げ加工を施している。この折り曲げ加工により、平滑コンデンサとスイッチユニットとを近接して取り付けることができるから、図５で既述の第３実施例と同様に、スイッチユニットから負極導体端子３２までの長さ寸法を確保しながらでも、装置全体を小形化することができる。なお図示は省略しているが、正極導体板も同様の折り曲げ加工を施す。
【００１９】
【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従来の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（例えば平滑コンデンサ）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が生じることがないように、導体の敷設には十分な注意が必要であるが、スイッチユニットの電流が平衡すると平滑コンデンサの電流が不平衡になるなど、並列数が多数の場合に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、平滑コンデンサとの接続を容易にするために、スイッチユニットを並列接続する正負両極導体板から正負両極導体端子までの距離を延ばしたり、両者の中間に切り欠き部を設けたり、折り曲げ加工を施すなどにより、平滑コンデンサなど他の機器との接続を容易にすると共に余分な配線スペースを必要とせずに、各スイチユニットを通流する電流の不平衡を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実施例を表した正極導体板の構造図
【図２】本発明の第１実施例を表した負極導体板の構造図
【図３】本発明の第２実施例を表した負極導体板の構造図
【図４】本発明の第３実施例を表した正極導体板の構造図
【図５】本発明の第３実施例を表した負極導体板の構造図
【図６】本発明の第４実施例を表したスリット付き負極導体板の構造図
【図７】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８】大容量インバータ用に複数のスイッチユニットの正極端子を並列接続する正極導体板の従来例を示した構造図
【図９】大容量インバータ用に複数のスイッチユニットの負極端子を並列接続する負極導体板の従来例を示した構造図
【符号の説明】
１５Ａ　　　　　スイッチユニット
１６　　　　　　正極導体板
１６Ｐ　　　　　正極端子接続穴
１６Ｔ　　　　　正極導体端子
１７　　　　　　負極導体板
１７Ｎ　　　　　負極端子接続穴
１７Ｔ　　　　　負極導体端子
１８　　　　　　絶縁板
２１　　　　　　正極導体板
２２　　　　　　正極導体端子
２４　　　　　　スリット付き正極導体板
２５，３５　　　切り欠き部
３１，３３　　　負極導体板
３２　　　　　　負極導体端子
３４，３６　　　スリット付き負極導体板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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