JP2005192296A - Inverter device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ装置に関する。 The present invention relates to an inverter device.
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。 An inverter device in which a plurality of switching elements (inverters) are connected in parallel is known from, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-61365.
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。 According to the above known example, the conductor connected to the P-pole and N-pole terminals of each switching element is formed in an L shape facing the adjacent surface, and along the adjacent surfaces of the insulating sheet P-pole and N-pole conductor. It is disclosed that a creepage distance is ensured by creating a gap between insulating sheets fixed to the conductor and attached to the conductor.
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。 According to the above known example, the conductor (bus bar) connected to the P-pole and N-pole terminals of each switching element must be bent into an L-shape facing each other from the adjacent surface, and the time and equipment required for bending are required. As a result, it was a factor of cost increase.
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。 In addition, there is a problem that the material size of the bus bar is excessive, the unnecessary area is large and the mass to be discarded is large. In general, the wiring from the power module to the smoothing capacitor is formed with this bus bar, but the height of the electrode part of the module and the height of the electrode part of the smoothing capacitor are greatly different, bend from the horizontal state to the vertical state, and return to the horizontal state It had to be wired like that.
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。 Furthermore, the material to be used is a flat copper wire or a flat copper plate, and the flat copper wire requires a lot of time to bend, and the flat copper plate has to delete unnecessary portions. Therefore, the shape of the bus bar was complicated.
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。 From the viewpoint of the strength of the bus bar, the mass of the power module and the smoothing capacitor is large, and the bent part is not a little stressed. there were.
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。 An object of the present invention is to provide an inverter device that is excellent in production, has a small wiring inductance, and can suppress a jumping voltage.
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。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a plurality of inverter devices using power devices composed of modules capable of orthogonal three-phase power conversion, and direct current input terminals composed of positive electrodes and negative electrodes of the plurality of inverter devices face each other. And the negative electrode of each inverter device is connected to an integrated planar conductor, and the other positive electrode is connected to another integrated planar conductor to provide insulation to the negative conductor. They are arranged and connected so as to overlap each other.
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。 Preferably, this is achieved by arranging a smoothing capacitor connected to an integral planar conductor between each DC input terminal of the inverter device.
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。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is excellent in production, wiring inductance is small, and the inverter apparatus which can suppress a jumping voltage is provided.
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。 The present invention particularly relates to an inverter device using a plurality of inverter devices using a power module with a built-in self-extinguishing element that requires two orthogonal three-phase power conversions from one DC input power supply system. About.
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。
FIG. 2 shows a power module in one embodiment incorporating the first content of the present invention. The 6in1 power module A having a three-phase bridge configuration has 21N connected to the negative electrode of the DC input power source.
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。
Next, FIG. 3 shows a view of the power module as seen from the side (the inside of the power module is a perspective view). First, the terminal height at the top of the figure is the same for the
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。
From the above, the difference in height between the
Add mm to 2.5 mm. Although the relationship between the +
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。
Next, the arrangement will be described. The contents of the present invention relate to two inverters, and two modules having different heights of the +
+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。
The shape of the +
−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。
The shape of the minus
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。
The
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。
In the module arrangement described above, first, the +
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。 FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention in which capacitors are arranged for smoothing the input power supply voltage.
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。
The horizontal view (the inside of the module is seen through) is shown in FIG. The power module A2 and the power module B3 use the same modules as the first of the present invention, and the place where each module is placed is a
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。
The fixing method is screwing or spot welding. The
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。
Although two smoothing
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。 According to the embodiment of the present invention, in a device in which a plurality of inverters are combined, the + bus bar and the −bus bar, which have conventionally been complicated in shape, become a single plane, which has the effect of reducing material costs and manufacturing costs. .
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。 Further, by combining the smoothing capacitor, the wiring inductance can be reduced, and there is an effect that the generation of noise can be reduced by switching the module and the jumping voltage due to L × (di / dt) can be suppressed.
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。
2 ... power module A, 3 ... power module B, 5 ... insulating substrate, 6 ... power semiconductor element, 7 ... aluminum wire, 21N, 22N, 23N ... negative electrode of power module A, 21P, 22P, 23P ... power module A + Electrode, 24N, 25N, 26N ...-electrode of power module B, 24P, 25P, 26P ... + electrode of power module B, 27U,
27V, 27W ... output terminal of power module A, 28U, 28V, 28W ... output terminal of power module B, 30 ...- bus bar, 31 ... + bus bar, 32 ... insulating plate, 33 ...- electrode fixing screw, 34 ... + electrode Fixing screw, 35 ... aluminum plate.
Claims (2)
2. The inverter device according to claim 1, wherein a smoothing capacitor connected to an integral planar conductor is disposed between each DC input terminal of the inverter device.
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