JP2012005300A - ラミネートブスバー - Google Patents

Abstract

【課題】ラミネートブスバーの絶縁板に僅かな加工を施すことで、絶縁板の間から引出した接続端子の相互間に国際規格（ＩＥＣ６００７７−１）に準拠の沿面距離を簡単に確保できるように改良した絶縁性の高いラミネートブスバーを提供する。
【解決手段】電力変換装置などの主配線回路に適用して半導体モジュール１に接続するラミネートブスバー３であって、該ラミネートブスバー３の絶縁板３ａ間に挟まれた各層導体３Ｐ，３Ｍｐ，・・・の接続端子部３Ｐ−１，３ｍ−１，・・・を、半導体モジュールの主回路端子の配列に合わせて絶縁板３ａの端縁に引き出した構造になるものにおいて、前記接続端子部の相互間位置に合わせて、絶縁板の端縁に沿面溝部３ｄを切込み形成し、かつ該沿面溝部３ｄはコ字形溝として、その開口溝幅を２．５ｍｍ以上に設定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電力変換装置などの主配線回路に適用して半導体モジュールに接続するラミネートブスバーに関し、詳しくはその接続端子間の絶縁構造に係わる。

頭記の電力変換装置においては、インバータ部を構成する半導体モジュールと電源との間の主配線回路について、昨今では配線インダクタンスを低減する目的から、配線回路の各導体に絶縁板をサンドイッチ状に重ね合わせて一体に積層した構造になるラミネートブスバーが多用されている（例えば、特許文献１参照）。

また、前記インバータ部の半導体モジュールとして、ＩＧＢＴにＦＷＤを逆並列に接続した４組の半導体スイッチング素子をモールド樹脂ケースに内蔵してワンパッケージに集約した４in１タイプの３レベルＩＧＢＴモジュールが本発明と同一出願人より先に提案されている（例えば、特許文献２参照）。

次に、前記特許文献２に開示されている４in１タイプのＩＧＢＴモジュールで構成した電力変換装置の単相インバータユニットを例に、その主配線回路にラミネートブスバーを採用した従来構造を図４〜図７に示す。なお、図４はインバータユニットの組立図、図５はインバータユニットの１相分（Ｕ相）の回路図、図６はＩＧＢＴモジュールの外形図、図７は図４のインバータユニットに用いた従来構造のラミネートブスバーにおける接続端子部分の拡大図である。

まず、図４（ａ）において、１は３レベルのＩＧＢＴモジュール、２はヒートシンク（冷却フィン）、３はラミネートブスバーであり、該ラミネートブスバー３を介してＩＧＢＴモジュール１と直流電源の平滑コンデンサ（電解コンデンサ）４との間が配線接続されている。

ここで、図５の回路図で示すように、ＩＧＢＴモジュール１はＩＧＢＴとＦＷＤを逆並列接続した４組のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４を内蔵してワンパッケージ化した４in１タイプのモジュールで、２組のスイッチング素子Ｔ１とＴ２を直流電源の正極Ｐと負極Ｎの間に直列接続して１相分の上アームと下アームを形成し、残る２組のスイッチングＴ３とＴ４は逆直列に接続した上で、交流出力端子Ｕと中性点端子Ｍとの間に接続してクリップ用の双方向スイッチ回路を形成している。そして、このＩＧＢＴモジュール１の正極端子Ｐ，負極端子Ｎ，中性点端子Ｍとコンデンサ４の中性点端子との間が導体３Ｐ，３Ｎ，３Ｍを介して接続されている。なお、前記した３レベルＩＧＢＴモジュールの動作，ラミネートブスバー３の機能については特許文献１，特許文献２に詳しく述べられており、ここではその説明は省略する。

また、図６のモジュール外形図おいて、ＩＧＢＴモジュール１の主回路端子７（Ｐ，Ｎ，Ｕ，Ｍ）は、モールド樹脂ケース５の上面中央に形成した凸状の端子台部５ａに一列に並べて配置され、主回路端子７から隔離して樹脂ケース５の側縁に形成した端子台部５ｂには各組のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４から引き出したゲート端子などの制御端子８が配置されている。

次に、前記インバータユニットに採用してインバータモジュール１に接続するラミネートブスバー３の従来構造を図４（ａ），（ｂ）および図７で説明する。このラミネートブスバー３は、図５の回路図に示した主配線回路に対応する板状の導体３Ｐ，３Ｎ，３Ｍに絶縁板３ａをサンドイッチ状に重ね合わせて一体化した構造体で、前記の各導体３Ｐ，３Ｎ，３ＭにはＩＧＢＴモジュール１の主回路端子７に接続する端子部が次記のようにパターン形成されている。

すなわち、図４（ａ）のＡ部で示すように、ラミネートブスバー３の端部には２基のＩＧＢＴモジュール１の端子台部５ａと個別に対応する凹状の端子引出し窓３ｂが左右２箇所に振り分けて絶縁板３ａに形成されており、該端子引出し窓３ｂにはＩＧＢＴモジュール１の主回路端子７の配列に合わせて前記の接続端子部３Ｐ−１，３Ｎ−１，３Ｍ−１を引出している。なお、３ｃは接続端子部の板面に穿孔した端子ネジ（不図示）の通し穴である。また、各層の導体に形成した接続端子部その中央端面が面一に並ぶように、引出し基部を適宜に凹凸状に曲げ加工している（図４（ｂ）参照）。

上記の構成で、ラミネートブスバー３をＩＧＢＴモジュール１に接続配線するには、図４のようにＩＧＢＴモジュール１の端子台部５ａに位置を合わせてラミネートブスバー３の端子引出し窓３ｂを重ね、この位置で各導体３Ｐ，３Ｎ，３Ｍの端子部３Ｐ−１，３Ｎ−１，３Ｍ−１とモジュールの主回路端子７との間を端子ネジでネジ締結する。また、このラミネートブスバー３の反対側（図示の下端側）にはコンデンサ４を搭載して前記導体３Ｐ，３Ｎと３Ｍにとの間に接続されている。

特開２００９−２２０６２号公報 特開２００８−１９３７７９号公報

ところで、インバータユニットなどの制御機器については、その絶縁性に関する指針として国内ではＪＥＭ規格(日本電機工業会標準規格)が、また国際規格としてＩＥＣ規格(International Electro technical Commission)などがあり、機器の種類，環境（汚染度）、動作電圧などに応じて絶縁の沿面距離や空間距離が制定されており、特に鉄道車両用の制御機器については、ＩＥＣ６００７７−１（鉄道車両基準の付属書）により絶縁距離（沿面距離，空間距離）が規定されていることは周知の通りである。

かかる点、前記したＩＧＢＴモジュール１の製品では、図６で示すように樹脂ケース５の端子台部５ａに対し、主回路端子７の相互間に凹溝部５ａ−１を形成して前記の規格に準拠する所要の沿面距離，空間距離を確保するようにしている。一方、ＩＧＢＴモジュール１に組み付ける前記のラミネートブスバー３は、先記のようにＩＧＢＴモジュールの主回路端子７に接続する導体３Ｐ，３Ｎ，３Ｍから、ＩＧＢＴモジュール１に設けた前記主回路端子７の配列ピッチに合わせて接続端子部３Ｐ−１，３Ｎ−１，３Ｍ−１が絶縁板３ａの間から端子引出し窓３ｂに配列している。

この場合に、ラミネートブスバー３の従来構造（図７参照）では、絶縁板３ａを挟んで積層した各層導体の接続端子部３Ｐ−１，３Ｎ−１，３Ｍ−１が直線状にカットされている端子引出し窓３ｂの端縁に沿って並ぶように引き出されている。したがって、接続端子部３Ｐ−１，３Ｎ−１，３Ｍ−１の相互間の沿面距離は、図８の模式図で表すように絶縁板３ａのカット端縁に沿った直線距離（空間距離と同じ）となる。しかも、この直線状の沿面距離は、ＩＧＢＴモジュールの端子台部５ａ（図６参照）の主回路端子の間に形成した凹溝部５ａ−１の内面を経由する沿面距離と比べて短く、このために従来構造のラミネートブスバー３では高い絶縁性を確保することが難しくなる。特に、当該インバータユニットを鉄道車両の電力変換装置に適用する場合に、前記した従来構造のラミネートブスバー３では接続端子部の沿面距離が不足して先記国際規格ＩＥＣ６００７７−１の準拠が困難となる。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、その目的はラミネートブスバーの絶縁板に僅かな加工を施すことで、導体端子の相互間に国際規格に準拠の沿面距離を簡単に確保できるように改良した絶縁性の高いラミネートブスバーを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明によれば、電力変換装置などの主配線回路に適用して半導体モジュールに接続するラミネートブスバーで、該ラミネートブスバーの絶縁板間に挟まれた各層導体の接続端子部を、前記半導体モジュールに設けた主回路端子の配列に合わせて絶縁板の端縁に引き出した構造になるものにおいて、
前記接続端子部の相互間位置に合わせて、絶縁板の端縁に沿面溝部を切込み形成するものとする（請求項１）。

また、前記構成において、沿面溝部はコ字形形状の溝であり、その開口溝幅を２．５ｍｍ以上に設定する（請求項２）。

上記構成によれば、ラミネートブスバーから絶縁板の端縁に沿って引出した各導体の接続端子相互間の沿面距離が、沿面溝部の追加形成により従来構造（絶縁板の端縁が直線状）と比べて増加する。また、この沿面溝部の溝幅を２．５ｍｍ以上に設定することで、国際規格ＩＥＣ６００７７−１に準拠する沿面距離を確保して絶縁性を高めることかでき、これにより鉄道車両用の電力変換装置への適用も可能となる。

本発明によるラミネートブスバーをインバータユニットに適用した実施例の構成図であって、（ａ）はその要部構造の正面図、（ｂ）は（ａ）の部分斜視図である。 図１におけるラミネートブスバー単独の要部構造の斜視図である。 図１のラミネートブスバーにおける導体端子相互間の沿面距離を表した模式図である。 従来構造のラミネートブスバーを採用したインバータユニットの構成図であって、（ａ）はインバータユニット全体の組立図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部の拡大図である。 図４のインバータユニットの回路図である。 図４におけるインバータモジュールの外形斜視図である。 図４におけるラミネートブスバー単独の要部拡大図である。 図１のラミネートブスバーにおける導体端子相互間の沿面距離を表した模式図である。

以下、この発明による実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図５，図７，図６に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。

図示実施例のラミネートブスバー３は基本的に従来のラミネートブスバーと同様であるが、絶縁板３ａの端子引出し窓３ｂに引出して並ぶ接続端子部３Ｐ−１，３Ｎ−１，３Ｍ−１に対して、各層の絶縁板３ａの端縁には符号３ｄで表す沿面溝部が切欠き形成されている。この沿面溝部３ｄは、各接続端子部３Ｐ−１，３Ｎ−１，３Ｍ−１の相互中間位置、つまり接続端子部３Ｐ−１／３Ｎ−１間，および３Ｐ−１／３Ｎ−１間の中間位置（ＩＧＢＴモジュールの端子台部５ａで主回路端子７の相互間に形成した溝部５ａ−１に対応する位置）に刻設されている（図１（ｂ），図２参照）。

ここで、前記沿面溝部３ｄの形状はコ字形とし、かつその溝幅ｄは先記の国際規格ＩＥＣ６００７７−１で規定されている最小溝幅（ｘ＝２．５ｍｍ）に準拠するようにｄ≧２．５ｍｍに設定し、溝の切込深さは２〜１０ｍｍとしている。なお、沿面溝部３ｄの形成は、ラミネートブスバー３の絶縁板３ａを加工する際に、ビク抜き（カッタ刃を並べた抜き型）などにより簡単に打ち抜き加工できる。

上記ように絶縁板３ａの端縁に沿面溝部３ｄの追加加工を施したラミネートブスバー３を用いてＩＧＢＴモジュールの主回路端子に接続した状態では、図３に表した接続端子部３Ｐ−１とこれに絶縁板３ａを挟んで隣接する接続端子部３Ｍ−１との間の沿面距離は、沿面溝部３ｄの内面を経由した距離となり、図８に示した従来構造のラミネートブスバーに比べて沿面距離が増加する。これにより、ＩＧＢＴモジュールの端子台部５ａに配列した主回路端子相互間の絶縁距離（沿面距離，空間距離）と同等な絶縁距離を確保してラミネートブスバーの絶縁性を高めることかできる。しかも、前記沿面溝部３ｄの溝幅ｄをｄ≧２．５ｍｍに設定することで、鉄道車両用の電力変換装置への適用も可能となる。

なお、図示実施例では、ラミネートブスバーをＩＧＢＴモジュールの配線回路に採用したインバータユニットを例に述べたが、実施対象はこれに限定されるものではなく、ラミネートブスバーをＩＧＢＴモジュール以外の各種半導体デバイスにも同様に適用することができる。また、ラミネートブスバーの導体端子部についても、図示例のように絶縁板に端子引出し窓を設けることなく、絶縁板の外周縁に引出して配列した構造でも同様な効果を奏することができる。

１：ＩＧＢＴモジュール
３：ラミネートブスバー
３Ｐ，３Ｎ，３Ｍ：導体
３Ｐ−１，３Ｎ−１，３Ｍ−１３：端子部
３ａ：絶縁板
３ｂ：端子引出し窓
３ｄ：沿面溝部
５：ＩＧＢＴモジュールの樹脂ケース
５ａ：端子台部
５ａ−１：溝部
７：主回路端子

Claims (2)

1. 電力変換装置などの主配線回路に適用して半導体モジュールに接続するラミネートブスバーであり、該ラミネートブスバーの絶縁板間に挟まれた各層導体の接続端子部を、前記半導体モジュールに設けた主回路端子の配列に合わせて絶縁板の端縁に引き出した構造になるものにおいて、
   前記接続端子部の相互間位置に合わせて、絶縁板の端縁に沿面溝部を切込み形成したことを特徴とするラミネートブスバー。
2. 請求項１に記載のラミネートブスバーにおいて、沿面溝部の形状がコ字形溝であり、その開口溝幅を２．５ｍｍ以上に設定したことを特徴とするラミネートブスバー。

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