JP2016158342A - インバータ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】正、負極の接続導体に接続される平滑コンデンサと、インバータを構成する半導体パワーモジュール間において、電流の回路ループの不均衡に伴って回路インダクタンスが大きくなっていた。
【解決手段】半導体パワーモジュールを直列に接続した相毎のアームを重ねた状態で、且つ正極用の接続導体に接続される半導体パワーモジュールと負極用の接続導体に接続される半導体パワーモジュール同一方向に配列する。半導体パワーモジュールの配列された極間に間隙を設け、この間隙に絶縁部材を挟んで並行状態に正、負極用の接続導体を設ける。接続導体は、半導体パワーモジュールの接続端子付近で屈曲して半導体パワーモジュールを取り付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インバータ装置に係わり、特に回路インダクタンスを低減したインバータ装置の部材配置に関するものである。
インバータ装置として、例えば単相インバータの場合、図３で示すように、相毎の複数の半導体パワーモジュール（以下はＩＧＢＴを例とする）ＩＧＢＴ１〜ＩＧＢＴ４と、平滑コンデンサＣ及び直流回路用の接続導体Ｐ，Ｎ、出力導体（出力端子）Ｕ，Ｖの各部材を主体として構成される。この装置における各部材の配置構造は、図４で示すように構成されているのが一般的である。
すなわち、Ｕ相アームとなる直列接続されたＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ２が対向して前後方向（平面図では上下方向）に配置され、これと平行隣接してＶ相アームとなる直列接続されたＩＧＢＴ３とＩＧＢＴ４が対向してそれぞれ正極及び負極の接続導体Ｐ，Ｎに各別に接続される。接続導体Ｐ，Ｎは図面左方向に導出されて直角方向に屈曲し、出力導体Ｕ，Ｖは図面右方向に導出されている。
また、平滑コンデンサＣは、ＩＧＢＴと屈曲された接続導体Ｐ，Ｎ間に配置されている。Ｉｎは絶縁部材、Ｈはヒートシンクである。
なお、回路インダクタンスを低減したインバータ装置については特許文献１や特許文献２などか公知となっている。
特開２０１３−４２６６３ 特開２００６−２６２６２３
図４で示すような部材配置の場合、特に各ＩＧＢＴの接続端子部近辺で、次の２つの理由により回路のインダクタンスが大きくなる問題を有している。
（１）電流の導通経路が屈折するため回路ループが大きくなり、回路のインダクタンスが増える。
（２）対向する電流方向の導体を沿わせて配置することで回路インダクタンスを打ち消し合うことは周知であるが、実際には接続導体が分岐するため電流方向の導体を沿わせて配置することが難しい。
図４の構成では、接続導体Ｐにねじ等の固定部材１，２を介して取り付けられる平滑コンデンサＣと、例えば接続導体Ｐに固定部材３，４を介して取り付けられるＩＧＢＴ１，ＩＧＢＴ３までの距離を比較すると、固定部材４，すなわち、ＩＧＢＴ３までの方が長い距離となっており、同じ接続導体Ｐ間に接続されるＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ３の距離が不均等となっている。このため、スイッチング時におけるコンデンサＣとＩＧＢＴ１，ＩＧＢＴ２間を流れる電流のループと、コンデンサＣとＩＧＢＴ３，ＩＧＢＴ４間を流れる電流のループとが不均衡となって回路インダクタンス発生の原因となっている。
特に、高周波インバータ装置においては、直流回路のインダクタンスの縮小に加えて、ＩＧＢＴの出力と負荷端までのインダクタンスを小さくして装置としての回路ループを小さくしたり、対向する電流方向の導体を沿わせて配置したりすることで回路のインダクタンスを減らすことが必須の課題となっている。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、回路インダクタンスを小さくしたインバータ装置を提供することにある。
本発明は、ヒートシンクを取付けた相毎の複数の半導体パワーモジュールと、直流回路の正、負極用の接続導体と、平滑コンデンサ及び相毎の出力導体の各部材を主体として構成されるインバータ装置の配置において、
前記半導体パワーモジュールを直列に接続した相毎のアームを重ねた状態で、且つ正極用の接続導体に接続される半導体パワーモジュールと負極用の接続導体に接続される半導体パワーモジュールを極性毎に同一方向に配列してその極性間に間隙を設け、
前記正、負極用の接続導体は、絶縁部材を挟んで並行した状態で半導体パワーモジュールの接続端子付近まで前記間隙を通して配設し、
前記平滑コンデンサは、絶縁部材を挟んで並行配設された部分に取り付け、
前記半導体パワーモジュールからの出力導体は、各相間に絶縁部材を挟んで並行に導出して構成することを特徴としたインバータ装置。
本発明の平滑コンデンサは、正、負極用の接続導体に互いに千鳥状に配置したことを特徴としたものである。
また、本発明の正、負極用の接続導体は、板状の導体で形成され、前記半導体パワーモジュールの接続端子部近辺で略９０度に屈曲されたことを特徴としたものである。
以上のとおり、本発明によれば、スイッチング時における平滑コンデンサＣとＩＧＢＴ１，ＩＧＢＴ２間を流れる電流と、平滑コンデンサＣとＩＧＢＴ３，ＩＧＢＴ４の回路ループが小さくなると共に、流れる電流が均衡して回路インダクタンスを打ち消す合い、回路インダクタンスの低減が可能となるものである。
本発明の実施形態を示すインバータ装置の構成図。 本発明による三相インバータ装置の模式図。 単相インバータの回路図 従来の単相インバータ装置の構成図。
図１は本発明による部材配置の構成図で、単相インバータ装置の例を示したものである。正面図のようにＵ相アームとＶ相アームを重ねた状態で配置され、各相の直列接続されたＩＧＢＴはヒートシンクＨが取り付けられて図面奥行き方向に配置される。各ＩＧＢＴのうち、正極の接続導体Ｐに接続されるＩＧＢＴ１，３（図３の）と、負極の接続導体Ｎに接続されるＩＧＢＴ２，４は、平面図で示すように間隔を有して左右に分かれて配置され、その間隔の中央部分に絶縁部材Ｉnを挟んで接続導体Ｐ，Ｎが並行して延長される。延長された接続導体Ｐ，Ｎの片面、又は両面に複数の平滑コンデンサＣを配設し、平滑コンデンサＣの正、負極端子は各別に接続導体Ｐ，Ｎに接続される。なお、平滑コンデンサＣ数が多くなって接続導体Ｐ，Ｎの両側に設ける場合には、左右で千鳥状配置として平滑コンデンサＣの取り付けに互いに干渉しないよう配設される。
接続導体Ｐ，Ｎはそれぞれ板状の部材よりなり、両者間に板状の絶縁部材Ｉnを挟んで並行した状態で各ＩＧＢＴの接続端子部近辺まで伸び、この接続端子部近辺で一度、正，負極が左右略９０度に曲げられて分かれて、各ＩＧＢＴの正，負極の各端子が接続される。
同様に、Ｕ相，Ｖ相の出力導体Ｕ，Ｖも、絶縁部材Ｉnを挟んで正面図の手前方向から延伸されてＩＧＢＴの接続端子部近辺で左右に分かれる。ＩＧＢＴの接続端子部近辺では、接続導体ＰとＮに対して出力導体ＵとＶが直交して沿った状態で各ＩＧＢＴの交流出力側の端子と接続される。この状態で平滑コンデンサＣはヒートシンクＨの後ろ側に配設されており、ＩＧＢＴの端子部分の螺子締め等の阻害とならないようになっている。
上記実施例では単層インバータについて説明してきたが、三相インバータ装置でも同様に構成される。図２は三相インバータ装置の模式図を示したもので、接続導体Ｐに接続されるＩＧＢＴ１，３，５は図面右側に配設され、また、接続導体Ｎに接続されるＩＧＢＴ２，４，６は図面右側に配設される。三相インバータの場合、単層インバータと比較してＵ，Ｗ相でＶ相に比較してインバータ出力から負荷端までのリアクタンス分は少し大きくなるが、従来と比較して回路インダクタンスの低減が十分に可能となるものである。
上記のように本発明によれば、正極の接続導体Ｐに接続されるＩＧＢＴのグループと、負極の接続導体Ｎに接続されるＩＧＢＴの各グループは、それぞれ接続導体Ｐ，Ｎに沿って等距離に配置される。これにより、スイッチング時における平滑コンデンサＣとＩＧＢＴ１，ＩＧＢＴ２間を流れる電流と、平滑コンデンサＣとＩＧＢＴ３，ＩＧＢＴ４の回路ループが小さくなると共に、流れる電流が均衡して回路インダクタンスを打ち消す合い、回路インダクタンスの低減が可能となるものである。
１〜６… 固定部材
ＩＧＢＴ１〜６… 半導体パワーモジュール
Ｃ… 平滑コンデンサ
Ｈ… ヒートシンク
Ｉn… 絶縁部材
Ｐ… 正極の接続導体
Ｎ… 負極の接続導体
本発明は、直流回路の正，負極間に直列接続されて相毎の相アームを形成する複数の半導体パワーモジュールと、半導体パワーモジュールに取り付けられるヒートシンクと、直流回路の正，負極用の接続導体と、平滑コンデンサ及び相毎の出力導体の各部材を主体として構成されるインバータ装置の配置において、
前記直列接続される半導体パワーモジュールの各相アームのうち、同極性毎に半導体パワーモジュールを積み重ね、且つ積み重ねた正極側および負極側の各ヒートシンク間に間隙を設けて半導体パワーモジュールを配置し、
前記各ヒートシンク間の間隙に、絶縁部材を挟んで並行状態に前記直流回路の正，負極用の接続導体を配置し、
前記直流回路の各接続導体の一端側に、それぞれ正，負極に対応する極性の半導体パワーモジュールの端子を固着し、直流回路の各接続導体の他端は前記ヒートシンク間の間隙を通して導出し、
導出された直流回路の接続導体に前記平滑コンデンサを取り付けると共に、
前記半導体パワーモジュールが固着された接続導体との接続端子近辺で、直流回路の正，負極の接続導体と直交して、沿った状態の前記出力導体に各半導体パワーモジュールの交流出力側の端子を接続して構成するものである。

Claims (3)

  1. ヒートシンクを取付けた相毎の複数の半導体パワーモジュールと、直流回路の正，負極用の接続導体と、平滑コンデンサ及び相毎の出力導体の各部材を主体として構成されるインバータ装置の配置において、
    前記半導体パワーモジュールを直列に接続した相毎のアームを重ねた状態で、且つ正極用の接続導体に接続される半導体パワーモジュールと負極用の接続導体に接続される半導体パワーモジュールを極性毎に同一方向に配列してその極性間に間隙を設け、
    前記正、負極用の接続導体は、絶縁部材を挟んで並行した状態で半導体パワーモジュールの接続端子付近まで前記間隙を通して配設し、
    前記平滑コンデンサは、絶縁部材を挟んで並行配設された部分に取り付け、
    前記半導体パワーモジュールからの出力導体は、各相間に絶縁部材を挟んで並行に導出して構成することを特徴としたインバータ装置。
  2. 前記平滑コンデンサは、正、負極用の接続導体に互いに千鳥状に配置したことを特徴とした請求項１記載のインバータ装置。
  3. 前記正、負極用の接続導体は、板状の導体で形成され、前記半導体パワーモジュールの接続端子部近辺で略９０度に屈曲されたことを特徴とした請求項１又は２記載のインバータ装置。
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