JP2016111794A - Power conversion device - Google Patents

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勇一郎 吉武
Yuichiro Yoshitake
勇一郎 吉武
敏男 片山
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敏男 片山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion device of which the downsizing is attained by shortening a spatial insulation distance.SOLUTION: A unit cell of a power converter comprises a switching element 201 of IGBT or the like, a smoothing capacitor 204 and a control board. In the switching element 201, a radiation fin 202 for cooling is provided. In order to electrically connect the switching element 201 and the smoothing capacitor 204, a conductor called bus bar 203 is present. Since a geometrical shape of a board housing end 93 of a board housing 91 forming a part of a unit support housing is sharp and field concentration is high, a metal cover 3 (metal body to be insulated) which is fixed while being insulated by a paint insulator 4 is fitted to a side of the unit cell after the unit cell is assembled and completed, thereby preventing local discharge occurrence.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device.

環境調和社会を実現する上で重要な技術の一つとして電気エネルギーの有効活用が挙げられ、そのためには電気の形を最適に変えることができるパワーエレクトロニクス技術が必要不可欠である。   One of the important technologies for realizing an environmentally harmonious society is the effective use of electrical energy. To that end, power electronics technology that can change the shape of electricity optimally is indispensable.

パワーエレクトロニクスにおいて電力変換器は重要なキーコンポーネントであり,その変換効率の向上が重要な課題となっている。また,電力,鉄道,産業などの大型の電力変換器においては省スペース化や直材費削減の観点から電力変換器盤の小形化も重要な課題となっている。   In power electronics, power converters are an important key component, and improving the conversion efficiency is an important issue. In addition, in large power converters such as electric power, railways, and industries, miniaturization of the power converter panel is an important issue from the viewpoint of space saving and direct material cost reduction.

定格500Vを超えるインバータ,コンバータ,パワーコンディショナなどの電力変換器は、通常、ユニットセルと呼ばれる単位で構成される。インバータ盤は複数のユニットセルを格納する構造となっている。   Power converters such as inverters, converters, and power conditioners exceeding the rated voltage of 500 V are usually configured in units called unit cells. The inverter panel is structured to store a plurality of unit cells.

インバータ盤の筐体とユニットセルとの間、もしくは、ユニットの相互間には空間および沿面絶縁距離を設け、異なる電位を保つ必要がある。絶縁が保てなくなると電力変換器としての機能を失するばかりでなく、短絡時のアーク放電により変換器盤自体を大きく損傷する恐れがある。   It is necessary to provide a space and a creeping insulation distance between the casing of the inverter panel and the unit cell or between the units to maintain different potentials. If insulation cannot be maintained, not only the function as a power converter is lost, but also the converter panel itself may be seriously damaged by arc discharge at the time of short circuit.

空間絶縁距離を空気で絶縁すると絶縁距離を大きくとる必要があり、盤の小型化が難しい状況であるので、母線やスイッチギヤで実用化されている、絶縁性に優れる固体と空気の複合絶縁構造を適用することで変換器盤の絶縁距離の短縮が見込める。   If the space insulation distance is insulated with air, it is necessary to increase the insulation distance, and it is difficult to reduce the size of the panel. Therefore, a solid-air composite insulation structure with excellent insulation that has been put to practical use in busbars and switch gears. By applying, the insulation distance of the converter panel can be shortened.

そのため、例えば、電界強調部に固体絶縁した金属を被絶縁金属体として取り付けることにより局所的な放電発生を防止することで、空間絶縁距離を短縮する技術が知られている。このような技術は、例えば、WO2014/038000号公報に記載されている。   Therefore, for example, a technique for shortening the space insulation distance by preventing a local discharge by attaching a solid-insulated metal as an insulated metal body to the electric field emphasizing part is known. Such a technique is described in, for example, WO 2014/038000.

WO2014/038000号公報WO2014 / 038000 Publication

上記の従来技術では、尖鋭したユニットセル端部などの変換器盤の電界集中部を覆うように,固体絶縁を施した金属板を少なくとも部分的に適用するところ、一般的には、固体絶縁を施した金属板でユニットセルを覆う場合において、固体絶縁を施した金属板を折り曲げてユニットセルに装着することになり、固体絶縁を施した金属板を折り曲げる部分である角部には塗装膨らみが存在する。この塗装膨らのために固定することが難しくなり地震などが発生した時に構造的な強度が維持できなくなる可能性がある。それに伴い、絶縁システムが変形し、絶縁信頼性が低下する恐れがある。   In the prior art described above, a solid-insulated metal plate is applied at least partially so as to cover the electric field concentration part of the converter panel such as the sharp end of the unit cell. When the unit cell is covered with the applied metal plate, the solid insulating metal plate is folded and attached to the unit cell, and there are paint bulges at the corners where the solid insulating metal plate is bent. Exists. This paint bulge makes it difficult to fix, and there is a possibility that the structural strength cannot be maintained when an earthquake or the like occurs. As a result, the insulation system may be deformed and insulation reliability may be reduced.

本発明の目的は、折り曲げるように形成された絶縁を施した金属板と、ユニットセルとの位置決めが容易で、絶縁システムの変形によって生じる絶縁信頼性低下を避けることが可能な電力変換装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a power conversion device that can easily be positioned between a unit cell and an insulated metal plate formed so as to be bent, and that can prevent a decrease in insulation reliability caused by deformation of the insulation system. There is to do.

上記目的を達成するために、本発明では、ユニットセルを有し、前記ユニットセルは、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続されるコンデンサと、前記スイッチング素子を冷却する冷却フィンを含んでおり、金属の両面に粉体塗装を施して構成されて前記ユニットセルを覆う複合絶縁物と、前記粉体塗装に係る塗装膨らみで生成される前記ユニットセルと前記複合絶縁物の間隔を保持するように設けられた保持部材を有するように構成した。   In order to achieve the above object, the present invention has a unit cell, and the unit cell includes a switching element, a capacitor connected to the switching element, and a cooling fin for cooling the switching element. A composite insulator configured by applying powder coating on both surfaces of metal to cover the unit cell, and a distance between the unit cell generated by the coating bulge related to the powder coating and the composite insulator is maintained. The holding member is provided.

本発明によれば、ユニットセルと被絶縁金属体との位置決めを容易とし、絶縁信頼性と実装性が向上され、さらに、高圧変換器の複合絶縁物の歩留まり率を向上しつつ絶縁実装を簡易とすることが可能となる。   According to the present invention, the positioning between the unit cell and the metal object to be insulated is facilitated, the insulation reliability and the mountability are improved, and further, the insulation mounting is simplified while the yield rate of the composite insulator of the high voltage converter is improved. It becomes possible.

実施形態に係る電力変換器の全体図を表す図である。It is a figure showing the whole power converter concerning an embodiment. 第一実施形態に電力変換器のユニット周辺における側面図を示している。The side view in the unit periphery of the power converter is shown in 1st embodiment. 第一実施形態に係る電力変換器のユニット断面図を示している。The unit sectional view of the power converter concerning a first embodiment is shown. 第二実施形態に係る電力変換器のユニット断面図を示している。The unit sectional view of the power converter concerning a second embodiment is shown. 第二実施形態に係る電力変換器のユニット断面図を示している。The unit sectional view of the power converter concerning a second embodiment is shown. 実施形態に係る電力変換器のシステム構成図を示している。The system configuration figure of the power converter concerning an embodiment is shown.

以下、本発明を実施するための形態(以下、適宜「本実施形態」と言う。)に係る電力変換器ユニットの具体例を、図面を参照しながら詳細に説明するが、本実施形態は以下の内容に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更して実施することができる。   Hereinafter, a specific example of a power converter unit according to a mode for carrying out the present invention (hereinafter, referred to as “this embodiment” as appropriate) will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above-described contents, and can be arbitrarily changed and implemented without departing from the scope of the invention.

図6に本実施例である電力変換器を高圧ダイレクトインバータとして用いた例を示す。具体的にはセルユニットを直列に接続した多重電力変換装置の回路図である。商用電源101からの3相交流電源を,多重変圧器122によって,3×3個の3相交流に分割する。図ではn=3の3段多重を示す。各相3個の交流はセルユニット2-1u,2-2u,2-3u(U相出力用),2-1v,2-2v,2-3v(V相出力用),2-1w,2-2w,2-3w(W相出力用)に入力される。セルユニット2(2-1u,2-2u,2-3u,2-1v,2-2v,2-3v 2-1w,2-2w,2-3の総称)は,例えば,整流部として構成されるスイッチング素子201aと平滑コンデンサ部204,インバータ部として構成されるスイッチング素子201bによって構成される。セルユニット2-1u,2-2u,2-3uのU相出力,2-1v,2-2v,2-3vのV相出力,2-1w,2-2w,2-3wのW相出力として、任意の振幅,周波数の交流に変換されて出力される。これらを変換して得られたものを多重接続することで交流信号を電動機104に入力する。   FIG. 6 shows an example in which the power converter according to this embodiment is used as a high-voltage direct inverter. Specifically, it is a circuit diagram of a multiple power conversion device in which cell units are connected in series. The three-phase AC power supply from the commercial power supply 101 is divided into 3 × 3 three-phase AC by the multiple transformer 122. In the figure, n = 3 three-stage multiplexing is shown. Three alternating currents for each phase are the cell units 2-1u, 2-2u, 2-3u (for U-phase output), 2-1v, 2-2v, 2-3v (for V-phase output), 2-1w, 2 Input to -2w, 2-3w (for W-phase output). The cell unit 2 (2-1u, 2-2u, 2-3u, 2-1v, 2-2v, 2-3v, 2-1w, 2-2w, and 2-3) is configured as a rectifier, for example. Switching element 201a, smoothing capacitor section 204, and switching element 201b configured as an inverter section. Cell unit 2-1u, 2-2u, 2-3u U phase output, 2-1v, 2-2v, 2-3v V phase output, 2-1w, 2-2w, 2-3w W phase output , Converted to alternating current of arbitrary amplitude and frequency and output. An AC signal is input to the motor 104 by multiplex connection of those obtained by converting these.

図1は、図6に示す多重電力変換装置の回路について外観全体図を表す図である。図1に示すように、インバータ,コンバータ,パワーコンディショナなどの電力変換器は、ユニットセル2として、ユニット単位で構成される。   FIG. 1 is a diagram showing an overall external view of the circuit of the multiple power conversion device shown in FIG. As shown in FIG. 1, power converters such as inverters, converters, and power conditioners are configured as unit cells 2 in units.

変換器盤1は、複数のユニットセル2と、ユニットセル2を空冷するための通風ダクト8と、ユニットセル2を支持するユニットセル支持筐体9と、絶縁板7とを備えている。ユニットセル支持筐体9の上には絶縁板7が敷き詰められるように配置され、ユニットセル支持筐体9の下面には強度を保つために梁92を設けている。透視図的に記載されているために図示されてないが、セルユニット2-1u,2-1v,2-1wの上にも、ユニットセル支持筐体9(絶縁板7が上面に配置され下面に梁92を設置されている。)が設けられている。   The converter panel 1 includes a plurality of unit cells 2, a ventilation duct 8 for air-cooling the unit cells 2, a unit cell support housing 9 that supports the unit cells 2, and an insulating plate 7. An insulating plate 7 is arranged on the unit cell support housing 9 so as to be spread over, and a beam 92 is provided on the lower surface of the unit cell support housing 9 in order to maintain strength. Although not shown because it is described in a perspective view, the unit cell support housing 9 (the insulating plate 7 is arranged on the upper surface and the lower surface is also provided on the cell units 2-1u, 2-1v, 2-1w. Is provided with a beam 92).

図1において、ユニットセル2もしくはユニットセル2の内部の部品に高電圧が印加されるため、接地領域と絶縁する必要があり、空間および沿面絶縁距離を確保する必要がある。同様に、ユニットセル2の電位および位相も異なるためそれぞれのユニットセル2の間において空間および沿面絶縁距離を確保する必要がある。   In FIG. 1, since a high voltage is applied to the unit cell 2 or the components inside the unit cell 2, it is necessary to insulate from the ground region, and it is necessary to secure a space and a creeping insulation distance. Similarly, since the potentials and phases of the unit cells 2 are also different, it is necessary to secure a space and a creeping insulation distance between the unit cells 2.

同インバータでは、各段で位相が異なるため規格で定められる絶縁距離を確保することを推奨されている。本構造では、ユニットセル2の下に絶縁板7を敷き、かつ、その絶縁板7の下にユニット支持筐体9(接地金属筐体)としている。つまり、ユニットセル上面とその上部の接地金属筐体の空間絶縁距離が必要となる。規格上、6kV級ではその距離が60mmmと大きい。   In this inverter, it is recommended that the insulation distance determined by the standard is secured because the phase differs in each stage. In this structure, an insulating plate 7 is laid under the unit cell 2, and a unit support housing 9 (ground metal housing) is formed under the insulating plate 7. That is, the space insulation distance between the upper surface of the unit cell and the ground metal casing above it is required. According to the standard, the distance is as large as 60 mm in the 6 kV class.

上記の空間絶縁空間距離を確保するために、空気のみで絶縁性を確保していたのでは確保が十分でないので、ここに固体と空気の複合絶縁構造を適用することで絶縁距離が短縮することが可能となる。また、上記の絶縁空間にスイッチング素子由来の導電雰囲気が生じても異電位間の短絡を防止し防爆できる。   In order to secure the above-mentioned space insulation space distance, it is not enough to secure insulation only with air, so the insulation distance can be shortened by applying a composite insulation structure of solid and air here Is possible. Moreover, even if a conductive atmosphere derived from the switching element is generated in the insulating space, a short circuit between different potentials can be prevented and explosion prevention can be achieved.

上述した複合絶縁構造について説明するため、図2に一実施形態に電力変換器のユニット周辺における側面図を示す(図1で規定した「A方向」から見た図である)。同図に示すように変換器盤1の筐体(インバータ盤筐体)として盤筐体の構造強度を保つための梁92が存在する。ユニットセル2の上部が高電位となることで、このような形態ではユニットセル2と梁の間が最も高電界となり、この空間絶縁距離を短縮するには絶縁性向上が必要となる。   In order to describe the above-described composite insulating structure, FIG. 2 shows a side view around the unit of the power converter in one embodiment (viewed from the “direction A” defined in FIG. 1). As shown in the figure, there is a beam 92 for maintaining the structural strength of the panel casing as the casing of the converter panel 1 (inverter panel casing). Since the upper portion of the unit cell 2 has a high potential, in such a configuration, the highest electric field is generated between the unit cell 2 and the beam, and in order to shorten the space insulation distance, it is necessary to improve insulation.

そこで、図2に示すようにユニットセル2の上面と梁92による高電界部に絶縁物を表面に施した金属で被覆する。これを被絶縁金属体5と称する。被絶縁金属体5についての詳細は後述するが、被絶縁金属体5を取り付けることにより局所的な放電発生を防止することで、空間絶縁距離を短縮し電力変換器の小形化を図れるものである。また、それと同時に、金属カバー3の内側に絶縁物4を挿入することにより、塗装厚みを均一化し、かつ、塗装絶縁部を加工しない構造とすることで、絶縁信頼性を向上しかつ実装効率を向上するものである。加えて、被絶縁金属体5の設計自由度が向上し、スイッチング素子由来の導電ガスによる短絡から防爆することが可能となる。これにより、電力変換器の小形化と信頼性向上が安価に可能となる。梁92とユニットセル2の空間絶縁距離を短縮することが可能になる。言い換えると、複合絶縁を適用することで空間絶縁距離を50〜90%ほど短縮しても、従来の空気絶縁と同等以上の絶縁特性を有することが可能となる。   Therefore, as shown in FIG. 2, the upper surface of the unit cell 2 and the high electric field portion by the beam 92 are covered with a metal having an insulator applied to the surface. This is referred to as an insulated metal body 5. Although details of the insulated metal body 5 will be described later, by preventing the occurrence of local discharge by attaching the insulated metal body 5, the space insulation distance can be shortened and the power converter can be miniaturized. . At the same time, by inserting the insulator 4 inside the metal cover 3, the coating thickness is made uniform and the coating insulating portion is not processed, thereby improving the insulation reliability and improving the mounting efficiency. It will improve. In addition, the degree of freedom in design of the insulated metal body 5 is improved, and it is possible to prevent explosion from a short circuit caused by the conductive gas derived from the switching element. This makes it possible to reduce the size and improve the reliability of the power converter at low cost. It becomes possible to shorten the space insulation distance between the beam 92 and the unit cell 2. In other words, even if the space insulation distance is shortened by about 50 to 90% by applying the composite insulation, it is possible to have an insulation characteristic equal to or higher than that of the conventional air insulation.

被金属絶縁体を設置する領域は、スイッチング素子201の故障時に由来する導電雰囲気が生じた場合でも充分に絶縁性を保つことができるように調整可能である。   The region where the metal insulator is installed can be adjusted so that sufficient insulation can be maintained even when a conductive atmosphere derived from the failure of the switching element 201 occurs.

具体的には、梁92の先端部とユニットセル2の絶縁されていない部分の距離が空間絶縁距離となる。この距離を規格に定める空間絶縁距離の1.5倍以上とすることで導電雰囲気が生じても絶縁が保たれている。   Specifically, the distance between the tip of the beam 92 and the uninsulated portion of the unit cell 2 is the spatial insulation distance. By making this distance 1.5 times or more of the space insulation distance defined in the standard, insulation is maintained even if a conductive atmosphere occurs.

図3は第一実施形態に係る電力変換器のユニット断面図を示している図1で規定した「B方向」から見た断面図である)。断面は図2の点線部としている。通常、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor;以下、適宜「IGBT」と言う。)などのスイッチング素子201と,スイッチング素子201に電気的に接続される平滑コンデンサ204と制御基板(図示せず)を有している。スイッチング素子201(IGBT等)は冷却用の放熱フィンが設けられることが多い。スイッチング素子201と平滑コンデンサ204の間を電気的に接続するためにバスバ203と呼ばれる導電体が存在する。バスバは主に銅やアルミなどの素材で製造されている。   FIG. 3 is a cross-sectional view seen from the “B direction” defined in FIG. 1 showing a unit cross-sectional view of the power converter according to the first embodiment. The cross section is a dotted line portion in FIG. Usually, a switching element 201 such as an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as “IGBT” as appropriate), a smoothing capacitor 204 electrically connected to the switching element 201, and a control board (not shown). have. The switching element 201 (IGBT or the like) is often provided with a cooling fin for cooling. In order to electrically connect between the switching element 201 and the smoothing capacitor 204, a conductor called a bus bar 203 exists. Bus bars are mainly made of materials such as copper and aluminum.

図3の断面図を用いて被絶縁構造体の詳細を説明する。ユニット支持筐体9の一部をなす盤筐体91の下面には梁92がある。梁92の厚みはおおよそ数mm程度でありその角Rは0.5mm程度である。鉄、SUS、溶融鍍金鋼板、アルミなどが適用される。   Details of the insulated structure will be described with reference to the cross-sectional view of FIG. A beam 92 is provided on the lower surface of the panel casing 91 that forms part of the unit support casing 9. The thickness of the beam 92 is about several millimeters, and its angle R is about 0.5 mm. Iron, SUS, molten plated steel, aluminum, etc. are applied.

塗装絶縁部4の厚みは6kV級インバータで0.1〜1mm程度、11kV級で0.1〜2mm程度とする。これで充分に空気単独より絶縁性を向上できる。塗装絶縁部4としては、エポキシ樹脂による加圧成型、粉体塗装、スプレー絶縁などが適用できるが金属でなければ何でも良い。ただし、金属部との密着性向上により微小放電を防止しながら製造時間を短縮する意味合いにおいて、粉体塗装法が最も適切として適用する。   The thickness of the coating insulating part 4 is about 0.1 to 1 mm for a 6 kV class inverter and about 0.1 to 2 mm for an 11 kV class. Thus, the insulation can be sufficiently improved as compared with air alone. As the coating insulating part 4, pressure molding with epoxy resin, powder coating, spray insulation, and the like can be applied. However, the powder coating method is most appropriately applied in the sense of shortening the manufacturing time while preventing minute discharge by improving the adhesion with the metal part.

一方、盤筐体91は数mm程度の金属板で出来ており、その角Rは1mm以下と尖鋭である。つまり、梁92よりも盤筐体端部93の方が、幾何形状が鋭く電界集中が高いので、ユニットセルの側を固体絶縁化する。ユニット筐体側は2mm程度であり、かつ、構造的に丸めることが難しいためである。盤筐体の梁は角Rを丸めるなどで電界集中を緩和しやすい。鉄、SUS、溶融鍍金鋼板、アルミなどが適用される。   On the other hand, the panel casing 91 is made of a metal plate of about several mm, and its corner R is sharp and 1 mm or less. That is, the board casing end 93 is sharper in geometry than the beam 92 and the electric field concentration is higher, so that the unit cell side is solid-insulated. This is because the unit housing side is about 2 mm and is difficult to round structurally. It is easy to ease the electric field concentration by rounding the corner R. Iron, SUS, molten plated steel, aluminum, etc. are applied.

複合絶縁を適用して接地面との空間絶縁距離を短縮したユニットとして、ユニットを組立てて完成させた後で被絶縁金属5を被せる構造としている。これにより、ユニットセルの全面に固体絶縁施す必要が無い。また、金属を仲介としているため、被絶縁金属体の構造強度を保つことが可能である。   As a unit in which the composite insulation is applied and the space insulation distance from the ground plane is shortened, the unit is assembled and then covered with the metal 5 to be insulated. This eliminates the need for solid insulation on the entire surface of the unit cell. Moreover, since the metal is used as an intermediary, the structural strength of the insulated metal body can be maintained.

本構造では、被絶縁金属5の終端のみ複合絶縁を施さずに金属をむき出しとすることでユニット筐体とのネジ(ボルト)(図示せず。図の符号32の周辺に配置)止めを可能とし、被絶縁金属体5内部の金属カバー(金属体とも称する)3とユニットセルを同電位化することができる。ただし、むき出し部を作らなくても絶縁部を削って配線でユニット間と導通することで、同電位化すれば良い。金属カバー3は鉄、SUS、溶融鍍金鋼板、アルミ、銅などが適用される。   In this structure, it is possible to fix screws (bolts) (not shown; arranged around reference numeral 32 in the figure) to the unit housing by exposing the metal without exposing the end of the metal 5 to be insulated without applying composite insulation. Thus, the metal cover (also referred to as a metal body) 3 inside the insulated metal body 5 and the unit cell can be set to the same potential. However, even if the exposed portion is not made, the same potential may be obtained by removing the insulating portion and conducting between the units by wiring. The metal cover 3 is made of iron, SUS, molten plated steel plate, aluminum, copper or the like.

また、金属カバー3の表裏両面に塗装絶縁物4(単に絶縁物とも称する)で、絶縁物を接着させないためのマスキング処理を不要としている。マスキング処理は人為的な処理が必要であるため、コストがかかる。そのため、両面絶縁化することで低コスト化および加工プロセスの簡略化が可能となる。   Further, the coating insulator 4 (also simply referred to as an insulator) on both the front and back surfaces of the metal cover 3 eliminates the need for a masking process for preventing the insulator from adhering. The masking process is costly because it requires an artificial process. Therefore, it is possible to reduce the cost and simplify the processing process by insulating both surfaces.

このとき、ユニットセル2に被絶縁金属5をはめ込むが、金属体3の内側の角部には塗装膨らみが存在する。そのため、ユニット間との位置決めをするために膨らみが無い領域に、別途、板状の絶縁物61を設置する。絶縁物61の厚みは、塗装膨らみ部分と同等もしくは同等以上とする。   At this time, the insulated metal 5 is fitted into the unit cell 2, but there is a paint bulge at the inner corner of the metal body 3. Therefore, a plate-like insulator 61 is separately installed in a region where there is no swelling in order to position the units. The thickness of the insulator 61 is equal to or greater than that of the paint bulge.

上記構造により、金属体の曲げ部分が一ヶ所のみとなるため塗装時において均一性が確保しやすくなる。これにより、塗装領域が大型化した場合でも、ピンホールや塗装が薄いことが少なくなり生産効率を高めることができる。また、仲介の金属を加工する必要が無い。以上より製造性を簡易化し、絶縁信頼性を強化することが可能となる。   With the above structure, there is only one bent portion of the metal body, so it is easy to ensure uniformity during painting. As a result, even when the coating area is enlarged, pinholes and coating are less likely to be thin, and production efficiency can be increased. Moreover, it is not necessary to process the intermediary metal. Thus, manufacturability can be simplified and insulation reliability can be enhanced.

この絶縁物61が無い場合、被絶縁金属体を固定することが難しくなり地震などが発生した時に構造的な強度が維持できなくなる可能性がある。それに伴い、絶縁システムが変形し、絶縁信頼性が低下する恐れがある。   Without the insulator 61, it is difficult to fix the metal body to be insulated, and there is a possibility that the structural strength cannot be maintained when an earthquake or the like occurs. As a result, the insulation system may be deformed and insulation reliability may be reduced.

絶縁物61の材質は、板状のエポキシ樹脂、ベークライト、FRPなどの適用が有効であるが、絶縁物一般であれば特に限定するものではない。位置決め強化という点では、膨張性のある絶縁物も良い。   As the material of the insulator 61, application of a plate-like epoxy resin, bakelite, FRP or the like is effective, but there is no particular limitation as long as the insulator is general. In terms of positioning enhancement, an insulative insulator is also good.

本実施例は、変換器盤の接地筐体とユニット間に複合絶縁とした例を示しているが、上記に限らず、例えばユニット内部の冷却フィンとユニット筐体、スイッチング素子とユニット筐体などの空間絶縁距離にも適用可能である。変圧器盤の異電位間の空間絶縁部全般に適用可能である。   This embodiment shows an example in which composite insulation is provided between the ground casing of the converter panel and the unit. However, the present invention is not limited to the above. For example, the cooling fin and unit casing inside the unit, the switching element and unit casing, etc. It is also applicable to the space insulation distance. Applicable to general space insulation between different potentials on transformer panel.

以上のように、本実施を要約すると、尖鋭したユニット端部などの前記変換器盤の電界集中部を覆うように,固体絶縁を施した金属板を少なくとも部分的に適用する。被絶縁金属体の内側に絶縁物を配置して位置決めを容易とし、絶縁信頼性と実装性を向上することが可能となる。また、複合絶縁した金属体を適用することで空間絶縁距離を短縮し、スイッチング素子由来の導電性ガスによる短絡を防止することが可能となる。かつ、高圧変換器の複合絶縁物の歩留まり率を向上し、絶縁実装を簡易とすることが可能である。   As described above, to summarize this embodiment, a metal plate subjected to solid insulation is applied at least partially so as to cover the electric field concentration portion of the converter panel such as a sharp unit end. It is possible to facilitate positioning by arranging an insulator inside the metal body to be insulated, and to improve insulation reliability and mountability. In addition, by applying a composite-insulated metal body, the space insulation distance can be shortened, and a short circuit due to the conductive gas derived from the switching element can be prevented. In addition, it is possible to improve the yield rate of the composite insulator of the high-voltage converter and simplify the insulation mounting.

図4は、第2実施形態に係る電力変換器の全体図を表す図である。被絶縁金属5について、第1実施形態と異なり塗装絶縁物4において、2度塗りする部位62(2度塗りする領域とも称する)を設ける。   FIG. 4 is a diagram illustrating an overall view of the power converter according to the second embodiment. Unlike the first embodiment, the insulated metal 5 is provided with a portion 62 (also referred to as a region to be coated twice) in the painted insulator 4.

これにより、ユニットセル2の筐体の金属カバー3への被絶縁金属体5の着脱において、金属カバー3に実施例1で設けた絶縁物を設ける必要が無くなる。2度塗りする領域は可能な限り広範とした方が良い。   This eliminates the necessity of providing the metal cover 3 with the insulator provided in the first embodiment when the metal object 5 is attached to or detached from the metal cover 3 of the casing of the unit cell 2. The area to be painted twice should be as wide as possible.

ただし、本構造ではボルト締めする部分を局所的にマスキング処理する必要がある。そのため、一般的には実施例1の方が実用的となる。   However, in this structure, it is necessary to locally mask the portion to be bolted. Therefore, in general, Example 1 is more practical.

図5は、第3実施形態に係る電力変換器の全体図を表す図である。本構造では、絶縁物61の代わりに金属板63を配置する構造としている。   FIG. 5 is a diagram illustrating an overall view of a power converter according to the third embodiment. In this structure, a metal plate 63 is disposed instead of the insulator 61.

本構造では、金属板63と中介の金属カバー3が同一電位となるため、絶縁物の間で放電などが発生せず、絶縁劣化が発生することは無い。本構造も、有効な実装方法のひとつとなる。
In this structure, since the metal plate 63 and the intermediate metal cover 3 are at the same potential, no discharge or the like occurs between the insulators, and insulation deterioration does not occur. This structure is also an effective mounting method.

1 電力変換装置
2 ユニットセル
3 金属カバー
4 絶縁物
5 被絶縁金属体
41 塗装膨らみ
201 スイッチング素子
202 放熱フィン
203 バスバ
204 平滑コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 2 Unit cell 3 Metal cover 4 Insulator 5 Insulated metal body 41 Paint swelling 201 Switching element 202 Radiation fin 203 Bus bar 204 Smoothing capacitor

Claims (9)

ユニットセルを有し、前記ユニットセルは、スイッチング素子と、前記スイッチング素子に接続されるコンデンサと、前記スイッチング素子を冷却する冷却フィンを含んでおり、金属の両面に粉体塗装を施して構成されて前記ユニットセルを覆う複合絶縁物と、前記粉体塗装に係る塗装膨らみで生成される前記ユニットセルと前記複合絶縁物の間隔を保持するように設けられた保持部材を有することを特徴とする電力変換装置。   The unit cell includes a switching element, a capacitor connected to the switching element, and a cooling fin for cooling the switching element, and is configured by applying powder coating on both surfaces of the metal. A composite insulator covering the unit cell, and a holding member provided so as to maintain a distance between the unit cell generated by the coating bulge relating to the powder coating and the composite insulator. Power conversion device. 請求項1において、前記保持部は、絶縁物であることを特徴とする電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein the holding unit is an insulator. 請求項2において、前記保持部は、前記複合絶縁物の屈曲部に形成される膨らみと同等もしくは同等以上の厚みの絶縁物であることを特徴とする電力変換装置。   3. The power conversion device according to claim 2, wherein the holding portion is an insulator having a thickness equivalent to or greater than a bulge formed in a bent portion of the composite insulator. 請求項3において、前記保持部は、前記ユニットセルの高電圧部と前記複合絶縁物の間に設けられることを特徴とする電力変換装置。   4. The power conversion device according to claim 3, wherein the holding portion is provided between the high voltage portion of the unit cell and the composite insulator. 請求項1において、前記保持部は、前記複合部材の膨らみ部以外の領域を複数回塗装することで形成されることを特徴とする電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein the holding portion is formed by coating a region other than the bulge portion of the composite member a plurality of times. 請求項1において、前記保持部は、前記ユニットセルと前記複合部材とを相対的に位置決めすることを特徴とする電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein the holding unit relatively positions the unit cell and the composite member. 請求項1において、前記保持部材は、前記複合部材の塗装膨らみと同等もしくは同等以上の厚みの金属板として設けられたことを特徴とする電力変換装置。   The power conversion device according to claim 1, wherein the holding member is provided as a metal plate having a thickness equal to or greater than or equal to a coating bulge of the composite member. 請求項1において、前記コンデンサは複数であり、前記コンデンサと前記スイッチング素子を接続するバスバを前記ユニットセルに格納することを特徴とする電力変換装置。   2. The power converter according to claim 1, wherein the capacitor is plural, and a bus bar connecting the capacitor and the switching element is stored in the unit cell. 請求項8において、前記スイッチング素子は複数であり、前記複数のスイッチング素子のうちの所定のスイッチング素子は、他のスイッチング素子と前記バスバを挟んで対向していることを特徴とする電力変換装置。   9. The power conversion device according to claim 8, wherein there are a plurality of the switching elements, and a predetermined switching element among the plurality of switching elements is opposed to another switching element across the bus bar.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018036354A1 (en) * 2016-08-24 2018-03-01 比亚迪股份有限公司 Intelligent power module, motor controller, and vehicle

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