JP3684441B2

JP3684441B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP3684441B2
Application number: JP2001332000A
Authority: JP
Inventors: 茂樹関根; 隆一齋藤; 清仲田; 聡稲荷田; 将一久田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: JP2003143868A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータ装置に係り、半導体モジュールと複数の取り付け穴を有するコンデンサの電極端子を直接接続状態で使用するインバータの実装技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、インバータモジュールにおけるＩＧＢＴモジュールとコンデンサの配線はブスバーを介して接続されている。図１３に、従来例の半導体モジュールとコンデンサがブスバーで配線された側面図を示す。ＩＧＢＴモジュール５０２は、載置面５０１上に固定され、ＩＧＢＴモジュール５０２の正の直流端子５０３に電気的、機械的に取り付け、ボルト５０５で接続されたブスバー５０８と、取付け台５１５に載置されたコンデンサ５１４側の正の電力端子５１３に電気的、機械的に取り付け、ボルト５０５で接続されたブスバー５１０とをブスバー連結支持部５０９で機械的に接続する。一方、負の直流端子５０４に電気的、機械的に取り付け、ボルト５０５で接続された負のブスバー５０７も同様にブスバー連結支持部５０９で接続する。また、交流端子板５０６もボルト５０５で接続される。また、ＩＧＢＴモジュール５０２側の正負のブスバー５０７，５０８の間、及びコンデンサ５１４の正負のブスバー５１０，５１１の間に絶縁板５１２を介在させる構造になっている。
なお、この種のインバータ装置として関連するものに、特開平９−８２２４号公報が挙げられる。この装置によれば、半導体モジュールの出力端子、コレクタ、エッミタ端子を半導体モジュール内部から絶縁枠側面よりコンデンサ端子まで伸ばしてコンデンサと直接接続することが開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この装置の技術の記載によれば、モジュールの出力端子は絶縁枠側面より突出している。また、絶縁板と絶縁板上の銅パターンも絶縁枠より突出しており、対地沿面距離が確保できていないことが言える。さらに、端子締め付け時のモジュールモールド部に対する応力が大きく、割れ等を生じやすい。コンデンサの接続状態は、円柱のコンデンサを横に載置してるため、設置面積が大きくなり、小型化に適さないと言える。
【０００４】
本発明の課題は、上記の問題点に鑑み、インバータの主回路配線インダクタンスの低減を図り、装置の簡単化を実現し、設置面積の縮小による小型化と組立の簡略化を図ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、正の極性を持つ直流端子と、負の極性を持つ直流端子と、交流端子とを有する半導体モジュールと、一端を半導体モジュールの正極直流端子に接続し、他端を前記半導体モジュールの負極直流端子に接続したコンデンサと、からなるインバータにおいて、コンデンサは、取り付け穴を有する外部絶縁板の一方の面に載置された取り付け穴を有する正の極性を持つ第１の電極板と、外部絶縁板の他方の面に載置された取り付け穴を有する負の極性を持つ第２の電極板とが対向した電極部を具備し、この電極部は、外部絶縁板と第１の電極板とを貫通する第１の取り付け穴部と、外部絶縁板と第２の電極板とを貫通する第２の取り付け穴部とを備えると共に、コンデンサの絶縁モールド樹脂によって固着され、半導体モジュールの端子にコンデンサを前記電極部の取り付け穴を介して直接ボルトで接続締結する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明のインバータ装置の第１の実施形態を示し、インバータモジュールのＩＧＢＴモジュール１ａとコンデンサ１１の接続前の斜視図である。
ＩＧＢＴモジュール１ａは、高圧側電源端子３ａ,３ｂ，３ｃ、低圧側電源端子４ａ，４ｂ，４ｃ、交流端子５ａ，５ｂ，５ｃで構成され、それぞれ樹脂２により固定される。図１では、高圧側電源端子３ａ，３ｂ，３ｃ、低圧側電源端子４ａ，４ｂ，４ｃ及び交流端子５ａ，５ｂ，５ｃは３列平行に並んでいる。また、コンデンサ電極を固定するためのボルト穴が各端子に設けられる。一方、コンデンサ１１は、幾重にも重ねられた誘電体層、金属層からなる両端から引き出された電極端子、正の電極１４と負の電極１３をコンデンサ外側に設ける。
【０００７】
このコンデンサ１１の概略を図２に示す。コンデンサ素子３０５の外周に電極引き出し部３０４が設けられ、これに接続された正、負の電極端子が３０３，３０７及び３０２，３０６である。これらコンデンサ本体をモールドした樹脂３０１で絶縁する。コンデンサの内部インダクタンスを１００ｎＨ以下に低減するため、外部端子までの端子部３０６，３０７は短い方が好ましい。従って、本実施形態に適用されるコンデンサは小型である方が望ましい。
【０００８】
図１及び図２のＡ部について図３に示す。図３では、コンデンサ１１外側に設けた電極端子間に絶縁板１２を設ける。コンデンサ電極端子は、電極端子間に設けられた絶縁板１２の上部に負の極性を持つ電極板１３，下部に正の極性を持つ電極板１４を載置する。絶縁板１２の上部に載置された負の電極板１３と絶縁板１２に、取り付けボルト１６で固定する貫通穴１５を設ける。また、絶縁板１２の下部に載置された正の極性を持つ電極板１４と絶縁板１２に、前記同様に取り付けボルト１６で固定する貫通穴１５を設ける。
ここで、絶縁板１２に設ける貫通穴１５の大きさは下部に載置された正の電極板１４が取り付けボルト１６で固定できる大きさ、例えば、四角形に成型する。また、コンデンサの正の極性を持つ電極１４と負の極性を持つ電極１３の形状は上下が対向している形状がよい。
図３に、コンデンサ電極端子、すなわち図２に示したＡ部の形状を示す。図３（ａ）は絶縁板１２下面に載置された正の電極端子１４、図３（ｂ）は絶縁板１２上面に載置された負の電極端子１３を示す。図３（ｃ）は図３（ａ）（ｂ）に示した正、負の電極板を絶縁板１２の上下面に載置された状態を示す。図３（ｄ）は図３（ｃ）で示すＡ−Ａの断面図を示す。
【０００９】
これらの構成により、ＩＧＢＴモジュール１ａとコンデンサ１１より引き出された正の電極１４、負の電極１３が絶縁板１２を介して上下が対向している板状電極とを取り付けボルト１６で直接接続された状態の斜視図が図４である。
図４のように、ＩＧＢＴモジュール１ａとコンデンサ１１を直接接続した状態で例えば取り付けボルトなどで載置面１０４に固定載置する。交流端子５ａ，５ｂ，５ｃは導体バー１０１，１０２，１０３で接続する。また、直流電源の配線１０５を接続する。
【００１０】
図５に、このような構成のＩＧＢＴモジュール１ａとコンデンサ１１の実装を用いた２レベルインバータ装置の回路図を示す。ＩＧＢＴモジュール１ａは、１モジュールに６アーム分のＩＧＢＴを搭載したモジュール（６ｉｎ１モジュール）の構成になっている。コンデンサ１１から引き出された正の電極１４は直流電源Ｅの正極とＩＧＢＴモジュール１ａのコレクタ直流端子３ａ，３ｂ，３ｃに、また、負の電極１３は直流電源Ｅの負極とＩＧＢＴモジュール１ａのエミッタ直流端子４ａ，４ｂ，４ｃと直接接続される。また、交流端子５ａ，５ｂ，５ｃは導体１０１，１０２，１０３によりモータに接続される。
ここで、コンデンサ外部電極端子１３，１４の厚さは１．２ｍｍ以下にすることが好ましい。これによって、モジュール端子、高圧側電源端子３ａ，３ｂ，３ｃと低圧側電源端子４ａ，４ｂ，４ｃの高さばらつきがあっても、コンデンサ電極端子１３，１４が変形することにより、モジュールに応力が加わることがない。さらに、図２に示す電極端子３０６，３０７のコンデンサ付け根部をフレキシブルにすることにより、変形を吸収し、一層モジュールに応力が加わらない。
【００１１】
図６は、コンデンサ１１の正、負の電極端子１４，１３の端子間絶縁が得られない場合において、この絶縁方法を示した図である。図６では、例えば長方形の絶縁板５０を負の電極板サイドに設ける。この絶縁板５０は正、負電極端子間の沿面距離及び空間距離が確保されるように設定する。
この他の方法として、図４のようにボルト固定を行った後、ボルト及び負の電極板全体を樹脂等でコーティングすればよい。
【００１２】
本実施形態により、従来型のブスバー（導体）が省け、結果として主回路インダクタンスを低減し、設置面積の縮小によるインバータ全体の小型化と組立の簡略化が可能となる。また、ＩＧＢＴモジュール及びコンデンサが小型のため、インバータ全体を小型とすることが可能である。
また、ＩＧＢＴモジュール上面にゲート回路部、コントロール回路部を積載することにより、小型でコンパクトなインバータが構成できる。
【００１３】
図７は、本発明の第２の実施形態を示し、コンデンサ１１と前述のように１モジュールに６アーム分のＩＧＢＴを搭載したモジュール（６ｉｎ１モジュール）の構成であり、モジュール５１，５２を２個横一列に並べた状態でコンデンサと直接接続した斜視図である。また、このような構成の回路図を図８に示す。
ＩＧＢＴモジュール１ａを２個並べた場合においても、コンデンサ１１の正の極性を持つ電極１４と負の極性を持つ電極１３及び絶縁板１２の取り付け穴１５を増やすことにより、２個のＩＧＢＴモジュール５１，５２の高圧側電源端子３ａ，３ｂ，３ｃ、低圧側電源端子４ａ，４ｂ，４ｃとを直接接続することができる。
また、ＩＧＢＴモジュール５１の交流端子５ａ，５ｂを導体バー１０１で、ＩＧＢＴモジュール５１の５ｃとＩＧＢＴモジュール５２の５ａを導体バー１０２で、ＩＧＢＴモジュール５２の５ｂ、５ｃを導体バー１０３でそれぞれ接続し、この導体バーによりモータへと接続する。これらにより前述の図１と同様なインバータが提供できる。
【００１４】
図９は、本発明の第３の実施形態を示し、ＩＧＢＴモジュール１ａとコンデンサ１１が接続された状態の側面図である。
本実施形態では、ＩＧＢＴモジュール１ａは図１と同じ６ｉｎ１モジュール構造であり、コンデンサ１１が直立した状態でＩＧＢＴモジュールと接続する。コンデンサ１１より絶縁板１２を介して引き出された電極端子、正、負の極性を持つ電極板１４，１３はＬ字型に成形されＩＧＢＴモジュール１ａのコレクタ端子３とエミッタ端子４に接続される。コンデンサ１１を直立にした場合の固定は、図９に示すようにコンデンサ支持治具４０１，４０２と取り付けボルト４０４，４０５で固定することにより、インバータが構成できる。
【００１５】
図１０，図１１及び図１２は、本発明の第４の実施形態を示す。図１０は、ＩＧＢＴモジュール１ｂ単体の斜視図である。図１０において、コレクタ端子２０１，エミッタ端子２０２，交流端子２０３が横一列に並んでいる２ｉｎ１構造のＩＧＢＴモジュールである。このＩＧＢＴモジュール１ｂの回路図を図１１に示す。
例えば、このＩＧＢＴモジュール１ｂを用いて図１のインバータ装置を実現する場合は、このＩＧＢＴモジュール１ｂを３個用いた構成になる。ＩＧＢＴモジュール１ｂを３個用いた構成においてＩＧＢＴモジュール１ｂとコンデンサ１１を直接接続した状態の斜視図を図１２に示す。
ＩＧＢＴモジュール１ｂを３個並べた構成でも図１と同様に、ＩＧＢＴモジュール１ｂの高圧側電源端子２０１，低圧側電源端子２０２、それぞれ３箇所をコンデンサ１１より引き出された正負の極性を持つ電極１４，１３が絶縁板１２を介して上下が対向している板状電極とを取り付け、ボルト１６で直接接続することができる。
【００１６】
本発明は、第１から第４の実施形態としてＩＧＢＴモジュールとコンデンサを例として説明したが、これに限定されることなく、ＭＯＳトランジスタモジュール、バイポーラトランジスタモジュール、他のモジュール型とコンデンサとの同様な接続状態でも良いことは勿論である。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体モジュールの正、負の直流端子とコンデンサから取り出された絶縁板の両面に載置された正、負の極性を持つ電極板を直接接続することにより、従来型のブスバー（導体）を省くことができ、結果として主回路のインダクタンスを低減することができ、また、設置面積の縮小によるインバータ全体の小型化が可能であり、また、単純な構成による部品数を低減し、組立を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のインバータ装置の第１の実施形態を示し、インバータモジュールのＩＧＢＴモジュールとコンデンサの接続前の斜視図
【図２】コンデンサ内部構造の概略を示した断面図
【図３】コンデンサ外部電極端子の上下面及び断面図を示す斜視図
【図４】図１に示すインバータモジュールのコンデンサと半導体モジュールの接続状態を示す斜視図
【図５】本発明を適用した２レベルインバータ装置の回路図
【図６】コンデンサ外部電極端子の絶縁を施した場合を示す斜視図
【図７】本発明の第２の実施形態を示し、インバータモジュールとコンデンサの接続状態を示す斜視図
【図８】本発明の第２の実施形態を示す回路図
【図９】本発明の第３の実施形態を示し、インバータモジュールとコンデンサの接続状態を示す斜視図
【図１０】本発明の第４の実施形態を示し、半導体モジュール単体の斜視図
【図１１】図１０に示す半導体モジュール単体の回路図
【図１２】図１０に示す半導体モジュールを３つ並べた構成の半導体モジュールとコンデンサを直接接続した状態を示す斜視図
【図１３】従来例の半導体モジュールとコンデンサがブスバーで配線された側面図
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，５１，５２…半導体モジュール、２…端子固定樹脂、３，３ａ，３ｂ，３ｃ，２０１…高圧側電源端子、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，２０２…低圧側電源端子、５ａ，５ｂ，５ｃ，２０３…交流端子、１１…コンデンサ、１２…絶縁板、１４，３０３、３０７…正の電極、１３，３０２，３０６…負の電極、１５…取り付け穴、１６、４０４，４０５…取り付けボルト、１０１，１０２，１０３…交流端子板、１０４…載置面、１０５…電源配線、３０１…モールド樹脂、３０４…電極引き出し部、３０５…コンデンサ素子部、４０１，４０２…支持治具

Claims

正の極性を持つ直流端子と、負の極性を持つ直流端子と、交流端子とを有する半導体モジュールと、一端を該半導体モジュールの正極直流端子に接続し、他端を前記半導体モジュールの負極直流端子に接続したコンデンサと、からなるインバータにおいて、
前記コンデンサは、取り付け穴を有する外部絶縁板の一方の面に載置された取り付け穴を有する正の極性を持つ第１の電極板と、前記外部絶縁板の他方の面に載置された取り付け穴を有する負の極性を持つ第２の電極板とが対向した電極部を具備し、
該電極部は、前記外部絶縁板と前記第１の電極板とを貫通する第１の取り付け穴部と、前記外部絶縁板と前記第２の電極板とを貫通する第２の取り付け穴部とを備えると共に、前記コンデンサの絶縁モールド樹脂によって固着され、
前記半導体モジュールの端子に前記コンデンサを前記電極部の取り付け穴を介して直接ボルトで接続締結することを特徴とするインバータ装置。
請求項１において、前記第１の取り付け穴部は、前記コンデンサの正の極性を持つ第１の電極板に前記半導体モジュールの正の極性を持つ直流端子の取り付け穴と同じ位置に設け、
前記第２の取り付け穴部は、前記コンデンサの負の極性を持つ第２の電極板に前記半導体モジュールの負の極性を持つ直流端子の取り付け穴と同じ位置に設けることを特徴とするインバータ装置。
請求項１または請求項２において、前記コンデンサの正、負の電極端子の端子間絶縁が得られない場合には、前記コンデンサの負の極性を持つ第２の電極板サイド側に前記正、負電極端子間の沿面距離及び空間距離が確保されるような絶縁板を設けることを特徴とするインバータ装置。
請求項１または請求項２において、前記インバータは、正の極性を持つ直流端子と、負の極性を持つ直流端子と、交流端子とをそれぞれ１つ有する単体の半導体モジュールを複数個並べた構成のインバータであることを特徴とするインバータ装置。