JP3851098B2

JP3851098B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP3851098B2
Application number: JP2001050429A
Authority: JP
Inventors: 一仁石田; 神長　　実; 博之山田; 要佐々木
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-02-26
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2021-02-26
Also published as: JP2002252327A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置、特に電気車用として好適な電力変換装置の実装に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気車等の電動車両は、半導体モジュールと電解コンデンサを備えた電力変換装置で制御されている。例えば、特開平１１−９８８１５号公報に開示されているように、電力変換装置内の電力通電部の構造としては、一般に、直流電源側に接続された電解コンデンサと、インバータアームを構成する半導体モジュールを備え、これらの電解コンデンサと半導体モジュール間を、直流正極用と直流負極用の１対のブスバーで接続している。
【０００３】
一方、複数の半導体モジュール間を直流正極用、負極用の１対のブスバーで接続し、その上側に電解コンデンサを取り付けブラケットを用いないで固定接続可能とした構造が特開２０００−１０２２６６号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−９８８１５号公報に記載の構造では、不安定な電解コンデンサの寸法及びその他各部の寸法のばらつきにより、ブスバーと、前記電解コンデンサの端子又は前記半導体モジュールの端子との接続部で、それらの寸法差により余分な圧縮又は引張り荷重が電解コンデンサ又は半導体モジュールに加わる。
【０００５】
また、電解コンデンサの取付け方向は、正極、負極同様に取り付けられるため、正負の誤接続が発生しやすい構造となっている。
【０００６】
一方、特開２０００−１０２２６６号公報の構造では、デュアルインバータ構造を前提としており、シングルインバータにおいては、ブスバー構造が片持ち構造となり固定することが難しい。また、ブスバーに電解コンデンサを接続固定する方法として、従来のブラケット構造を用いないで直接ブスバーに固定接続する方法が記載されているが、大型の電解コンデンサをブスバーに取り付ける場合は、電解コンデンサ端子部で電解コンデンサを支えることになり、強度上問題が有る。更に、ブスバーを半導体モジュールで支持している構造のため、電解コンデンサの両側に半導体モジュールを配置する必要が有り、片側に半導体モジュールを配置した場合、ブスバーを支えることが出来ない。
【０００７】
本発明の目的は、半導体モジュールに荷重負担をかけることのない電力変換装置を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、各部の寸法誤差に影響されないコンデンサの取付構造を備えた電力変換装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の主特徴とするところは、半導体モジュールを取付けたベースプレートと、このベースプレートに正負1対のブスバーを間隔をおいて支持する絶縁支持部材と、ブスバーと半導体モジュールの直流端子を接続する手段を備えたことである。これら1対のブスバーは、それぞれ別の絶縁支持部材で支持することが望ましい。
【００１０】
これにより、半導体モジュールの直流端子をブスバーに接続したとき、たとえブスバーに他の部品が取付いていたとしても、ブスバーは絶縁支持部材により支持されているため、半導体モジュールにかける荷重負担は殆どない。
【００１１】
本発明の他の特徴とするところは、ブスバーにコンデンサを取付ける取付部材を備え、ブスバーとベースプレートとの間隔内にコンデンサを配置したことである。ここで、１対の平板状ブスバーのうちベースプレートに近い方を直流負極側ブスバーとし、この負極側ブスバーに取付部材を備え、電解コンデンサを吊下げることが望ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、主に半導体モジュールを使用した電力変換装置の問題を解決するものであるが、同様な課題を有する各種の電力回路への適用も可能である。以下の説明において、半導体モジュールの各接続部は、使用される素子の種類等により呼称が異なるため、ここでは、便宜的に直流部への接続部をそれぞれ正極端子，負極端子、交流部への接続部を交流端子と呼ぶことにする。
【００１３】
以下、本発明の実施例を図を参照して説明する。
【００１４】
図1は本発明の一実施例による電力変換装置の側面断面図、図２はその斜視図である。ベースプレート１に、半導体モジュール２１〜２６が載置固定されている。図１ではインバータの第１相分の半導体モジュール２１，２２のみが見えており、図２では、第１相分の半導体モジュール２１，２２のほか、第２，３相の片側アームの半導体モジュール２３，２５の端部のみが見えている。見えない残りの第２，３相の他の片側アームのモジュールは符号（２４），（２６）のみ示す。
【００１５】
電力変換装置は、直流電力を交流電力、交流電力を直流電力に変換するものであり、半導体モジュール２１〜２６への直流電力の入出力は、平板状の正極ブスバー３１及び負極ブスバー３２により行われる。半導体モジュールの接続部は、本発明に直接関係する部分以外は、簡略化のため、図示していない。
【００１６】
正極ブスバー３１及び負極ブスバー３２は、ベースプレート１に立設された絶縁支持部材４１１，４１２及び４２１，４２２により支持部３１４や３２４にて支持されている。正極ブスバー３１は、その接続部３１１等を、それぞれ半導体モジュール２１，２３及び２５の対応する直流端子の正極２１１等に接続されている。負極ブスバー３２は、その接続部３２１等を、それぞれ半導体モジュール２２，２４及び２６の対応する負極２２１等に接続されている。なお、半導体モジュールの負極端子２１２及び正極端子２２２は、交流端子であり、接続は省略する。
【００１７】
また、正極ブスバー３１と負極ブスバー３２の間には絶縁材５を挟んでいる。電解コンデンサ６１等の正極端子６１１と負極端子６１２は、各ブスバーの接続部３１５や３２５等へ電気的に接続されている。この電解コンデンサ６１〜６３の重量は、負極ブスバー３２の固定部３２６等に取付部材７１〜７３を介して支えられている。すなわち、電解コンデンサ６１〜６３の長さ寸法は、図１から明らかなように、ベースプレート１と負極ブスバー３２の間隔よりも若干短く、負極ブスバー３２に吊下げられた状態である。
【００１８】
このように電解コンデンサ６１〜６３を負極ブスバー３２へ吊下げ固定することにより、電解コンデンサその他の寸法ばらつきに関係なく電解コンデンサを固定することが出来る。また、電解コンデンサ６１〜６３の安定した取付構造が得られる。すなわち、半導体モジュール２１〜２６は殆ど絶縁支持部材の外側に位置しているが、図２から明らかなように、電解コンデンサ６１〜６３を、1対の絶縁支持部材４１１，４１２と４２１，４２２との間に配置しているので、電解コンデンサ６１〜６３を負極ブスバー３２に吊下げても安定した取付構造が得られる。
【００１９】
この実施例においては、電力変換器の構成要素である複数個の半導体モジュール２１〜２６と、コンデンサ６１〜６３と、絶縁材５を挟んで配置された１対の直流端子用の平板状ブスバー３１，３２とを備え、前記半導体モジュールとコンデンサを前記ブスバーで接続した電力変換装置において、前記半導体モジュールを取付けたベースプレート１と、このベースプレートに前記ブスバーを間隔をおいて支持する絶縁支持部材４２１と、前期ブスバーと前記半導体モジュールの直流端子２１１，２２１を接続する手段（接続部）３１１，３２１を備えている。
【００２０】
このように、電解コンデンサ６１〜６３，正極ブスバー３１及び負極ブスバー３２の荷重を絶縁支持部材４２１により支持する構造とすることにより、電解コンデンサ６１〜６３，正極ブスバー３１及び負極ブスバー３２の荷重が、半導体モジュール２１の正極端子２１１や半導体モジュール２２の負極端子２２１に加わることを防止あるいは軽減することが可能である。
【００２１】
また、ベースプレート１に前記１対のブスバー３１，３２を異なる間隔をおいてそれぞれ支持する１対の絶縁支持部材４１１，４２１を備えたことにより、電解コンデンサ６１〜６３の正極端子６１１や負極端子６１２等、及び半導体モジュール２１の正極端子２１１、半導体モジュール２２の負極端子２２１に加わる荷重をさらに低減することが可能となる。
【００２２】
たとえば、図１において、電解コンデンサ６１の重みで支持部材４２１を支点として、ブスバー３１，３２の左端が持ち上がり、端子２１１、２２１等に引張り荷重が加わることも想定される。しかし、この実施例によれば、右端に支持部材４１１を設けたことにより、圧縮荷重ばかりでなく、上記引張り荷重をも軽減することができる。
【００２３】
さらに、電解コンデンサ６１〜６３の胴回りを取付部材７１〜７３によって負極ブスバー３２に固定する組立の順序と相まって、その負極端子６１２を負極ブスバー３２に接続することにより、電解コンデンサ６１〜６３の逆接続を防止することが可能である。
【００２４】
図３に本発明による電力変換装置の第２の実施例の側面断面図を示す。図において、図１，２と同一符号は同様の構成部品を示しており、相違点のみ説明する。
【００２５】
絶縁材５を介して上下に近接したブスバーは、上側を負極ブスバー３２として配置し、電解コンデンサ６１を第１の実施例とは逆さに取付けている。この実施例では、半導体モジュール２１〜２６とコンデンサ６１〜６３を平面投影において重なるように配置したこと、すなわち半導体モジュール２１〜２６の上方に電解コンデンサ６１〜６３を配置することが可能なため、高さ方向にスペースの余裕がある場合に、横方向の配置面積を低減できる効果がある。
【００２６】
この場合も第１の実施例と同様に、ベースプレート１へ絶縁支持部材４１１を固定し、この絶縁支持部材により、負極ブスバー３２を支持し、また、ベースプレート１へ固定した絶縁支持部材４２１により正極ブスバー３１を支持することにより、電解コンデンサ６１〜６３の各端子及び半導体モジュールの各端子に加わる荷重を低減することが可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体モジュールの直流端子をブスバーに接続したとき、たとえブスバーに他の部品が取付いていたとしても、ブスバーは絶縁支持部材により支持されているため、半導体モジュールにかける荷重負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による電力変換装置の側面断面図である。
【図２】同じく斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施例による電力変換装置の側面断面図である。
【符号の説明】
１…ベースプレート、２１〜２６…半導体モジュール、３１…正極ブスバー、３２…負極ブスバー、４１１，４２１…絶縁支持部材、６１〜６３…（電解）コンデンサ、７１〜７３…取付部材。

Claims

電力変換器の構成要素である複数個の半導体モジュールと、コンデンサと、絶縁材を挟んで配置された１対の直流端子用の平板状ブスバーとを備え、前記半導体モジュールとコンデンサを前記ブスバーで接続した電力変換装置において、前記半導体モジュールを取付けたベースプレートと、このベースプレートに前記１対のブスバーを異なる間隔をおいてそれぞれ支持する１対の絶縁支持部材と、前記ブスバーと前記半導体モジュールの対応する直流端子を接続する手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、前記コンデンサを前記1対の絶縁支持部材の間に配置したことを特徴とする電力変換装置。
電力変換器の構成要素である複数個の半導体モジュールと、コンデンサと、絶縁材を挟んで配置された直流端子用の１対の平板状ブスバーとを備え、前記半導体モジュールとコンデンサを前記ブスバーで接続した電力変換装置において、前記半導体モジュールを取付けたベースプレートと、このベースプレートに前記ブスバーを間隔をおいて取付ける絶縁支持部材と、前記ブスバーと前記ベースプレートとの間隔内に前記コンデンサが位置するように，前記ブスバーに前記コンデンサを取付ける取付部材を備えたことを特徴とする電力変換装置。
電力変換器の構成要素である複数個の半導体モジュールと、コンデンサと、絶縁材を挟んで上下に近接配置された直流端子用の１対の平板状ブスバーとを備え、前記半導体モジュールとコンデンサを前記ブスバーで接続した電力変換装置において、前記半導体モジュールを載せたベースプレートと、このベースプレートから上方へ立設され，前記ブスバーをベースプレートの上方に間隔をおいて支持する絶縁支持部材と、前記ブスバーと前記ベースプレートとの間隔内で前記ブスバーに前記コンデンサを吊下げる取付部材を備えたことを特徴とする電力変換装置。
請求項３又は４において、前記１対の平板状ブスバーのうち前記ベースプレートに近い方を直流の負極ブスバーとし、この負極ブスバーに前記取付部材を備えたことを特徴とする電力変換装置。