JP3851098B2 - 電力変換装置 - Google Patents
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Description
【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 (5)
- 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。
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