CN101385225A - 具有母线的功率转换设备 - Google Patents

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CN101385225A CNA2007800058814A CN200780005881A CN101385225A CN 101385225 A CN101385225 A CN 101385225A CN A2007800058814 A CNA2007800058814 A CN A2007800058814A CN 200780005881 A CN200780005881 A CN 200780005881A CN 101385225 A CN101385225 A CN 101385225A
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Abstract

简化了矩阵转换器中使用的三相电子部件的端子之间的连接，从而降低了导体之间的电感。AC电容器(10)和IGBT(20)设置为使得AC电容器(10)的直线放置的端子(11)与IGBT(20)的直线放置的输入端子(21)彼此平行，并且AC电容器(10)的三个端子与IGBT(20)的三个输入端子彼此靠近。母线形成为层压母线(100)，所述层压母线(100)可以通过在相互的顶部层压三个板形母线来提供。在各自的板形母线中提供内部端子，该内部端子用于把AC电容器(10)的三部分端子和IGBT(20)的三部分输入端子中彼此相邻的端子连接在一起，彼此相邻的端子通过内部端子连接在一起。

Description

具有母线的功率转换设备
技术领域
本发明涉及一种构造母线的方法，所述母线在马达控制器(矩阵转换器、反相器、伺服控制器等等)、电源设备(UPS、焊机电源等等)等设备中用于连接功率模块、电容器、电抗器等等。
在先技术
传统上，像IGBT或IPM这样的功率模块是通过电缆布线或母线连接到电子部件，例如电容器或电抗器。并且，在反相器等设备中采用的结构，其中放置在电子电路的dc部分中的母线层压在彼此的顶部。(例如日本专利公开2005-65412)
专利参考1：JP-A-2005-65412
发明内容
本发明要解决的问题
在传统电缆布线中，根据电子部件和端子的位置操作电缆时进行组装操作，并且在很多情况下，在电缆被固定的同时，其它端子和电子部件连接在一起，这样导致复杂的操作。在这种情况下，布线距离和路径容易改变，这使得有必要增加浪涌电压限制电路并允许电感的增加，或者增加浪涌电压限制电路的尺寸。这样产生的问题是，增加了包括这些电子部件和端子的设备的尺寸，并使其结构变得复杂。并且在大多数情况下，电子部件的端子设置为彼此靠近。因此，当由于电缆布线操作中电缆的错误连接而出现错误布线时，或者当端子与要同时安装的电子部件连接在一起，并且其方式是端子与电子部件的不同极彼此接触时，就会担心设备及其部件的损坏。
另一方面，当使用母线进行布线时，如果电子部件及其端子的连接路径不合适，则母线路径会复杂。这样产生的问题是，由于电感增加，浪涌电压会增加，辐射噪声会增加，并且由于电阻的增加，会产生热。
本发明的目的是解决传统技术中发现的上述问题。因此，本发明的目的是提供一种母线构造方法，这种方法能够利用母线将电子部件的端子适当地连接在一起，能够简化连接操作，并且能够通过在各个导体层之间插入薄板形绝缘体来降低电感。
解决问题的方法
为了达到上述目的，根据本发明，提供一种具有下述结构的矩阵转换器。
根据本发明的第一方面，提供一种矩阵转换器，包括：
AC电容器，包括直线放置的第一端子、第二端子和第三端子，所述第一端子、第二端子和第三端子分别形成在所述AC电容器的三个部分；
IGBT，包括直线放置的第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子，所述第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子分别形成在所述IGBT的三个部分；以及
母线，用于将所述AC电容器的三部分端子与所述IGBT的三部分输入端子连接在一起，其中
所述AC电容器和所述IGBT设置为使得所述AC电容器的直线放置的端子与所述IGBT的直线放置的输入端子彼此平行，并且所述IGBT的所述第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子分别靠近所述AC电容器的所述第一端子、第二端子和第三端子，以及
所述母线形成为层压母线，其以下述方式提供，三个板形母线层压在彼此的顶部，绝缘体插入在所述各个母线之间并且所述母线的前表面和后表面上放置绝缘体，
在所述各个板形母线中，提供有内部端子，该内部端子用于与所述AC电容器的三部分端子以及所述IGBT的三部分输入端子连接在一起，以及
所述AC电容器的端子与所述IGBT的输入端子通过所述内部端子连接在一起。
此外，根据本发明的第二方面，提供一种如第一方面所述的矩阵转换器，其中
所述AC电容器和所述IGBT设置为使得所述AC电容器的三部分端子的表面与所述IGBT的三部分输入端子的表面处于同一平面，以及
所述三个板形母线分别形成为具有相同的大致矩形形状，并且层压在彼此的顶部。
此外，根据本发明的第三方案，提供一种如第二方面所述的矩阵转换器，其中
在所述三个板形母线中形成孔部分，所述孔部分分别在所述第一端子与所述第一输入端子之间穿透母线以及在所述第三端子与所述第三输入端子之间穿透母线，以及，
形成在所述第一端子与所述第一输入端子之间并且绕过所述孔部分的电流路径以及形成在所述第三端子与所述第三输入端子之间并且绕过所述孔部分的电流路径被分别设定为与形成在所述第二端子与所述第二输入端子之间的电流路径基本上重叠。
此外，根据本发明的第四方面，提供一种如第一方面所述的矩阵转换器，其中
所述AC电容器和所述IGBT设置为使得所述AC电容器的三部分端子的表面与所述IGBT的三部分输入端子的表面处于同一平面，以及
所述三个板形母线层压在彼此的顶部，其方式是位于中间的母线形成为具有基本上矩形的形状，其余的两个母线形成为具有基本上U形的形状，分别朝向相反的方向，所述两个基本上U形的母线通过所述绝缘体将所述基本上矩形的母线夹持在它们之间。
此外，根据本发明的第五方面，提供一种如第一方面所述的矩阵转换器，其中
所述AC电容器和所述IGBT设置为使得所述AC电容器的三部分端子的表面与所述IGBT的三部分输入端子的表面基本上相互垂直，以及
所述三个板形母线形成为具有基本上的直角的部分。
发明效果
根据权利要求1、2所述的本发明，能够以最短的方式将电子部件的端子连接在一起，从而能够简化矩阵转换器的组装操作。
根据权利要求3、4所述的本发明，能够降低各个层之间的电感，从而能够减少浪涌电压限制电路的数量、各个浪涌电压限制电路的尺寸、表面电压限制电路的发热量、表面电压限制电路产生的噪声等等。并且，即使不能以最短的方式连接电子部件的端子，也能够同等地安排布线路径。
根据权利要求5所述的本发明，即使当AC电容器与IGBT之间的位置关系为了设计的方便而基本上成直角时，也能够获得与上述类似的效果。
附图说明
图1是根据本发明的母线构造方法的第一实施例的立体图。
图2是根据第一实施例的母线构造方法的立体图。
图3是根据第一实施例的母线的剖视图。
图4是从根据第一实施例的母线的上表面向下看，所述母线的立体图。
图5是根据本发明的母线构造方法的第二实施例的立体图。
图6是根据本发明的母线构造方法的第三实施例的立体图。
图7是根据本发明的母线构造方法的第四实施例的立体图。
图8是从根据第四实施例的母线的上表面向下看，所述母线的立体图。
图9是根据本发明的母线构造方法的第五实施例的立体图。
图10是从根据第五实施例的母线的上表面向下看，所述母线的立体图。
图11是矩阵转换器的主电路的结构图。
附图标号说明
10：AC电容器
11a，11b，11c：端子
20：IGBT
21a，21b，21c：输入端子
22a，22b，22c：输出端子
30a，30b，30c：螺丝
31a，31b，31c：螺丝
100：层压母线
101a，101b，101c：母线
102a，102b，102c，102d：绝缘体
103a，103b，103c：内部端子
104a，104b，104c：内部端子
105：区域A
111a，111b，111c：母线
121a，121b，121c：母线
130：层压母线
131a，131b，131c：母线
132，132a，132b，132c，132d：绝缘体
133a，133b，133c：内部端子
134a，134b，134c：内部端子
135：区域A
140：层压母线
141a，141b，141c：母线
142，142a，142b，142c，142d：绝缘体
143a，143b，143c：内部端子
144a，144b，144c：内部端子
145：区域A
146a，146b，146c：区域B
具体实施方式
下面参照附图描述根据本发明的实施例。
[实施例1]
图11是应用了根据本发明的母线的典型矩阵转换器的主电路的结构图。图11中，附图标号111表示三相ac电源，112表示由所述矩阵转换器驱动的马达，20表示其中集成了双路开关的绝缘栅双极型晶体管IGBT模块(自此以下表示为IGBT)，10表示其中集成了用于滤波器的电容器的电容器组(下面称为AC电容器)。也就是说，在矩阵转换器中，用于滤波器的AC电容器10和带双向开关的IGBT20连接到所述三相电源。在矩阵转换器中，为了实现直接的ac-ac转换，所述IGBT的双路开关频繁地连接和断开，由于双路开关频繁地连接和断开而在所述AC电容器与所述IGBT之间产生浪涌电压，需要方法来降低这种浪涌电压。因此，当把这些元件连接在一起时，降低电感是必要的。
图1示出根据本发明构造母线的方法，并且是矩阵转换器的一般结构的立体图，图1示出矩阵转换器的状态，在该状态中使用层压母线100将AC电容器10与IGBT20连接在一起。在这种情况下，ac电源通过电抗器(未示出)连接到AC电容器10的端子11a、11b和11c。同时，层压母线100的内部端子103a、103b和103c分别通过螺丝30a、30b和30c固定在端子11a、11b和11c上，而他们电连接在一起。而层压母线100的内部端子103a、103b和103c分别与内部端子104a、104b和104c电连接，内部端子(104a)、103b(104b)和103c(104c)相互电绝缘。层压母线100将会在下面参照图2、图3和图4进行详细的描述。层压母线100的内部端子104a、104b和104c分别通过螺丝31a、31b和31c固定在IGBT20的输入端子21a、21b和21c上，而他们彼此电连接。IGBT20直接转换输入到其输入端子21a、21b和21c上的ac电流，并将ac电流输出到其输出端子22a、22b和22c。马达(此处未示出)连接输出端子22a、22b和22c。此外，虽然未示出，但是在输入端子21a与输出端子22a之间、输入端子21b与输出端子22b之间、以及输入端子21c与输出端子22c之间分别连接有缓冲电路，每个缓冲电路包括电容器、电阻器和二极管。并且AC电容器10与IGBT20也被设置得相互靠近，以使得端子11a与输入端子21a之间的距离、端子11b与输入端子21b之间的距离、以及端子11c与输入端子21c之间的距离分别为最短。顺便提及，虽然为了图示的方便，在图2中没有示出输入端子21a、21b和输出端子22a、22b，但是IGBT20的输入端子21a、21b和21c与输出端子22a、22b和22c之间的位置关系与图6中所示的相同。
参考如图2所示的构造层压母线100的方法，薄板形绝缘体102b和102c分别插入板形导体101a、101b和101c之间，绝缘体102a和102d分别放置在母线101a和101c的外表面。母线101a由导体制成，所述导体是以铜作为主要组分的铜系合金，或者是铝系合金；并且内部端子103a与104a之间的电阻很小。这也类似地应用于母线101b和101c。绝缘体102a、102b、102c和102d中的每个是用薄板形绝缘体制成，例如聚芳酰胺纤维纸、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、或者层压云母片。图3是层压母线100的剖视图。板形导体101a、101b和101c分别与插入在板形导体101a、101b和101c之间的薄板形绝缘体102b、102c紧密地、平行地接触，因此不仅能够使母线彼此绝缘，还能够降低母线之间的电感。并且由于在所述母线外表面提供了绝缘体102a和102d，所述母线外表面除了内部端子外围部分之外的整个区域，都充当绝缘体，因此在所述母线自身上以及在母线的外围部分安装其它部件时，能够保证绝缘。图4是从层压母线100的上表面向下看层压母线100的立体图。内部端子103a、103b和103c以及内部端子104a、104b和104c形成的位置使得它们不层压在彼此的顶部，母线具有可以使得它们在区域A的整个表面上彼此靠近的形状，在区域A105中，母线的路径层压在彼此顶部，从而能够进一步降低电感。
因为由具有上述结构的层压母线将电子部件的端子连接在一起，所以能够简化要对上述连接进行的组装操作，从而能够降低母线之间的电感。
[实施例2]
图5示出根据本发明的第二实施例的结构。根据本实施例，端子11a与输入端子21a，端子11b与输入端子21b，以及端子11c与输入端子21c分别通过它们相连的母线111a、111b和111c连接在一起。因为可以以直线的方式将端子与输入端子连接在一起，并且还因为彼此靠近的母线设置为彼此平行，从而能够防止端子与输入端子以错误的组合连接。并且，要连接在一起的端子和输入端子之间的位置关系相同，因此可以使用相同的母线。
[实施例3]
图6示出根据本发明的第三实施例的结构。根据本实施例，将AC电容器10和IGBT20设置为使得端子11a、11b和11c分别与和它们相连的输入端子21a、21b和21c垂直。由于设计上的各种限制，例如其它部件的安装、热设计以及绝缘设计而导致所述端子的上述这种设置。母线121a、121b和121c分别用于将端子11a与输入端子21a、端子11b与输入端子21b、以及端子11c与输入端子21c连接在一起，当所述母线在它们路径的中部被同等地弯曲时，可使得它们的布线路径彼此相同。并且，即使在端子与输入端子之间安装其它部件，通过同等弯曲母线从而迂回路径，可以使布线距离彼此相等。
[实施例4]
图7示出根据本发明的第四实施例的结构。根据该结构，薄板形绝缘体132b和132c分别插入板形导电母线131a、131b和131c之间，绝缘体132a和132d分别设置并层压在母线131a和131c的外表面上。母线131b形成带有直线形状，而母线131a和131c形成为使得它们被相互平行放置，并且在母线131b的路径上层压在彼此的顶部。图8是层压母线130的立体图，示出从母线130上表面向下看的状态。母线130的内部端子133a、133b和133c及其内部端子134a、134b和134c形成的位置使得它们不层压在彼此的顶部；并且，母线分别具有这样的形状，使得它们在区域A135彼此靠近，在区域A135，母线131a和131c的路径层压在母线131b路径的顶部。当母线彼此靠近的区域变窄时，可以使母线和绝缘体更紧凑。
当使母线和绝缘体更紧凑时，可以节省它们的材料，并且其它部件也可以以彼此更接近的方式安装，从而能够缩小在其中集成了这种母线和绝缘体的设备的尺寸。
[实施例5]
图9示出根据本发明的第五实施例的结构。根据该结构，薄板形绝缘体142b和142c分别插入板形导体母线141a、141b和141c之间，绝缘体142a和142d分别设置在母线141a和141c的外表面上，并层压在所述外表面上。在母线141a、141b和141c中，有形成在相同的区域中的孔。图10是层压母线140的立体图，示出从母线140上表面向下看的状态。为了要连接的搭配部分起见，将母线140的内部端子143a、143b和143c之间的距离设定为比母线140的内部端子144a、144b和144c之间的距离小。这里，在母线141a、141b和141c中，形成孔(区域B)146a和146b。由于孔的形成，所以内部端子143a～144a之间的电流路径以及内部端子143c～144c之间的电流路径形成绕过路径，从而导致图10中箭头标记所示的路径。因此，由于这些绕过的路径与图10中的内部端子143b～144b之间的电流路径基本上重叠，所以能够降低阻抗。
工业实用性
本发明不仅能够应用于马达控制器(例如矩阵转换器、反相器、以及伺服控制器)和电源设备(例如UPS和焊机电源)，也能够应用在必须用母线将功率模块、电容器、电抗器等装置连接在一起的设备中。

Claims (5)

1.一种矩阵转换器，包括：
AC电容器，包括直线放置的第一端子、第二端子和第三端子，所述第一端子、第二端子和第三端子分别形成在所述AC电容器的三个部分中；
IGBT，包括直线放置的第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子，所述第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子分别形成在所述IGBT的三个部分中；以及
母线，用于将所述AC电容器的三部分端子与所述IGBT的三部分输入端子连接在一起，其中
所述AC电容器和所述IGBT设置为使得所述AC电容器的直线放置的端子与所述IGBT的直线放置的输入端子彼此平行，并且所述IGBT的所述第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子分别靠近所述AC电容器的所述第一端子、第二端子和第三端子，以及
所述母线形成为层压母线，其以下述方式提供，三个板形母线层压在彼此顶部，绝缘体插入所述各个母线之间并且在所述母线的前表面和后表面上放置绝缘体，
在所述各个板形母线中，提供了内部端子，用于把所述AC电容器的三部分端子以及所述IGBT的三部分输入端子连接在一起，以及
所述AC电容器的端子与所述IGBT的输入端子通过所述内部端子连接在一起。
2.如权利要求1所述的矩阵转换器，其中
所述AC电容器和所述IGBT设置为使得所述AC电容器的三部分端子的表面与所述IGBT的三部分输入端子的表面处于同一平面，以及
所述三个板形母线分别形成为具有相同的大致矩形的形状，并且层压在彼此的顶部。
3.如权利要求2所述的矩阵转换器，其中
在所述三个板形母线中形成孔部分，所述孔部分分别在所述第一端子与所述第一输入端子之间穿透母线以及在所述第三端子与所述第三输入端子之间穿透母线，以及
形成在所述第一端子与所述第一输入端子之间并且绕过所述孔部分的电流路径，以及形成在所述第三端子与所述第三输入端子之间并且绕过所述孔部分的电流路径被分别设定为与形成在所述第二端子与所述第二输入端子之间的电流路径基本上重叠。
4.如权利要求1所述的矩阵转换器，其中
所述AC电容器和所述IGBT设置为使得所述AC电容器的三部分端子的表面与所述IGBT的三部分输入端子的表面处于同一平面，以及所述三个板形母线层压在彼此的顶部，其方式是，位于中间的母线形成为具有基本上矩形的形状，其余的两个母线形成为具有基本上U形的形状，并分别朝向相反的方向，所述两个基本上U形的母线通过所述绝缘体将所述基本上矩形的母线夹持在它们之间。
5.如权利要求1所述的矩阵转换器，其中
所述AC电容器和所述IGBT设置为使得所述AC电容器的三部分端子的表面与所述IGBT的三部分输入端子的表面基本上彼此垂直，以及
所述三个板形母线被部分地形成为具有基本上直角。
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