JP4343649B2

JP4343649B2 - インバータ装置

Info

Publication number: JP4343649B2
Application number: JP2003360280A
Authority: JP
Inventors: 保之奥村; 紘八戸井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-10-21
Filing date: 2003-10-21
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2023-10-21
Also published as: JP2005130542A

Description

本発明はインバータ装置に係り、特に、高電圧で配線インダクタンスを減少させるのに適した積層導電板を備えたインバータ装置に関する。

従来、高圧のインバータ装置では、例えば特許文献１に開示されているように、直流正負極導体板を絶縁シートを挟んで積層導体とすることが多い。この絶縁シートの材料としては、ポリエステルなどの樹脂を使用することが多い。また、絶縁体として、マイカを用いることは、例えば特許文献２等に開示されている。さらに、絶縁材料マイカが、コロナ放電に強いことは、非特許文献１に開示されているように、古くから知られている。

特開平１１−８９２４７号公報（要約ほか）

特開２００２−１１２５３０号公報（段落００３５ほか）新版電気工学ハンドブック（電気学会）（第５０１頁左下欄）

積層導体板の絶縁にポリエステルなどを用い、高電圧（１〜３ｋＶ）で使用すると、部分放電での絶縁損傷による寿命低下が著しいことが判った。空気を使用すると、絶縁距離を確保するため、導体間に放電しないための距離が必要となり、インダクタンスの増加とともに、積層導体板が大型化し、インバータ装置が大型化してしまう。

また、積層導体板の絶縁にマイカを使用することも考えられるが、導体板の端部での絶縁の問題や、マイカシートの剥離による絶縁損傷が発生し、絶縁寿命が低下する問題があった。

本発明の目的は、小型で絶縁寿命の長い積層導体板を備えたインバータ装置を提供することである。

本発明はその一面において、絶縁シートをインバータの異極性の導体板で挟んだ積層導体板を備えたインバータ装置において、前記絶縁シートを、これら導体板よりも広く、これら導体板の端部からはみ出すマイカ製の絶縁シートとしたことを特徴とする。

本発明は他の一面において、両導体板に挟まれた第１の上記マイカ製の絶縁シートに加え、両導体板の各外表面を覆う第２及び第３のマイカ製の絶縁シートと、これらの各マイカ製の絶縁シートの端部間を繋ぎ両導体板の各端部を覆うマイカ製の絶縁部材を備えたことを特徴とする。

さらに、本発明は他の一面において、積層導体板に設けた貫通孔内でそれぞれ導体板の一方に接触し、一端がインバータ回路部品に電気的に接続された接続部材と、この接続部材が接触しない導体板の他方と接続部材との間にマイカ製の臨孔絶縁部材を配置し、さらに、この貫通孔の隙間に樹脂製絶縁物を充填したことを特徴とする。

本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の説明で明らかにする。

本発明によれば、マイカを使用し、特に導体端部間の絶縁を強化することにより、高耐圧化と長寿命化を図った積層導体板を実現し、インダクタンスを低減し、小型化したインバータ装置を提供できる。

望ましい一実施形態によれば、１〜３ｋＶの高電圧に耐え、約３０年に亘る長寿命を誇る積層導体板を実現でき、スナバレス化等の部品点数の削減を図ったインバータ装置を提供することができる。

次に、本発明によるインバータ装置の実施例について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施例によるインバータ装置の主回路半導体スタック１相分の要部斜視図である。分り易くするため、本発明と直接関係のない部分は省略している。図において、インバータ主回路を構成するＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子１１，１２が、放熱フィン２に取り付けられ、フィルタコンデンサ３とともに、接続部材例えばねじ５１，５２群により積層導体板４内の導体板に接続される。この積層導体板４は、インバータの直流端子を構成する正極導体板６と負極導体板７とにより、マイカ絶縁板８をサンドイッチ状に挟んで接着し、一体化したものである。正極導体板６は外部接続端子９（Ｐ）に繋がり、負極導体板７は外部接続端子１０（Ｎ）に繋がり、さらに交流導体板（後述）は外部接続端子１３（ＡＣ）に繋がっている。

図２は、図１に示す本発明の一実施例によるインバータ装置の１相分の主回路図である。図示するように、この例では、スイッチング素子１１と１２は、それぞれ３個のＩＧＢＴの並列体で構成されている。これらの素子は、それぞれの直流導体板６（Ｐ），７（Ｎ）に対し、接続ねじ５１群によりＰ１〜Ｐ３点及びＮ１〜Ｎ３点で接続されている。同様に、これらＩＧＢＴの直列接続点は全て交流導体板（後述、ＡＣ）に接続されている。また、フィルタコンデンサ３は、この例では２個の並列体からなり、同様に、Ｐ１，Ｐ２及びＮ１，Ｎ２点で、直流導体板６（Ｐ），７（Ｎ）に、接続ねじ５２群により接続されている。

図３は、図１に示す本発明の一実施例によるインバータ装置の１相分の主回路接続関係を側面から見たイメージ図である。直流負極導体板７と同一平面上で、凡そ半分近い面積に、交流導体板１４を配置している。したがって、スイッチング素子１１と１２は、正極導体板６と交流導体板１４との間、及び交流導体板１４と負極導体板７との間に図示するように接続することができる。

図４は、図１に示す本発明の一実施例をＡ−Ａ線で断面した積層導体板４の詳細構造図である。この図においても、本発明と直接関係のない部分は省略している。図において、積層導体板４は、厚さ０．３４ｍｍのマイカシートを７枚重ねた２．３８ｍｍのマイカ絶縁シート８を、正極導体板６と交流導体板１４とで挟んでいる。この図は、図１や図４の左方部分であるため、直流負極導体板７は見えない。見えない右方では、マイカシート８は、正負極導体板６，７に挟まれ、これら両導体板を絶縁する。このマイカシート８は、正極導体板６よりも広く、積層導体板４の端部において、各導体板の端部よりも外側にはみ出ている。一実施例では、はみ出し幅は１５ｍｍである。

この実施例の積層導体板４は、その上下の表裏面にも、第２、第３のマイカ製の絶縁シート１５，１６を貼り付ける。これらのシートも中央の第１のマイカシート８と同じ広さを持ち、同じはみ出し幅を持つ。積層導体板４の端部においては、次の絶縁強化策を施している。すなわち、第１〜第３のマイカシート８，１５及び１６の端部間開口部を塞ぎ、正極導体板６、交流導体板１４及び図示しない負極導体板７の端部を包み込むように、マイカ製の絶縁部材（端部被覆部）１７，１８を挟み込み、接着している。これによって、積層導体板４の端部での各導体板の端部間の絶縁を強化できる。

積層導体板４内の各導体板とインバータ回路部品との接続のために、積層導体板４の必要個所に貫通孔１９，２０が開けられている。スイッチング素子１１のコレクタすなわちインバータの直流正極Ｐ３点は、接続ねじ５１群の１つ５１１と円筒状の接続部材５１２により、積層導体板４内の正極導体板６に接続されている。一方、スイッチング素子１１のエミッタすなわちインバータの交流端子（ＡＣ）は、接続ねじ５１群内の他の１つ５１３と円筒状の接続部材５１４により、積層導体板４内の交流導体板１４に接続されている。

この実施例の積層導体板４は、前記した端部絶縁強化策のほか、接続用の貫通孔１９，２０にも、次の絶縁強化策を備えている。すなわち、正負極導体板６，７や交流導体板１４が貫通孔１９，２０に臨む導体板の端部と貫通孔１９，２０の間にマイカ製の臨孔絶縁部材２１，２２を装填している。また、貫通孔１９，２０内において、これら臨孔絶縁部材２１，２２と、円筒状の接続部材５１２や接続ねじ５１３との隙間に、シリコーン樹脂等の絶縁材２５，２６を充填している。これによって、貫通孔１９，２０を利用した接続部における異種導体板間の絶縁も強化できる。

さらに、正極導体板６と交流導体板１４の接続導体である円筒状の接続部材５１２と５１４間の沿面距離を確保するために、積層導体板４の裏面から絶縁突起部２７を突出させている。

このように構成することにより、直流正負導体板６，７及び交流導体板１４を含む積層導体板４内の、異種導体板間の絶縁を強化でき、高圧化に耐え、かつ、長寿命のインバータ装置を実現することができる。

図５は、図１に示す本発明の一実施例をＢ−Ｂ線で断面した積層導体板４の詳細構造図である。この図においても、本発明と直接関係のない部分は省略し、図４等と同一構成要素には同一符号を付けて重複説明は避ける。図４と異なる点は、図３のほぼ中央部を断面したものであるため、積層導体板４内の下部の同一平面内において、左方に交流導体板１４が位置し、右方には負極導体板７が存在することである。このため、積層導体板４の下面に貼り付けたマイカシート１６と、積層導体板４の裏面から突出した絶縁突起部２７は特に有効である。また、これら交流導体板１４の右端と、負極導体板７の左端とが対向した部分にはマイカ製の絶縁体２８を埋め込んで絶縁しているが、マイカの剥離の懸念がある。このため、異種導体板７と１４の対峙する端部間をマイカのシート面で絶縁隔離する手法を採っている。すなわち、負極導体板７の左端と交流導体板１４の右端とをそれぞれマイカシート２９と３０で包み込み、剥離だけでは絶縁破壊が生じないように工夫している。

この構造により、同一平面内を分け合うように異種導体板を配置した積層導体板において、それらの対峙する端部間の絶縁を強化でき、高圧に絶え、長寿命のインバータ装置を実現できる。

以上の実施例を要約すると次の通りである。まず、半導体スイッチング素子１１，１２により直流と交流との間に電力変換を行い、直流正極導体板６と、直流負極導体板７と、これら直流正負極導体板に挟まれた絶縁シートを含む積層導体板を備えたインバータ装置を対象としている。ここで、前記絶縁シートをマイカ製とし、第１のマイカ製の絶縁シート８としている。次に、この絶縁シート８を挟む導体板の１つを形成するために、直流正負極導体板の一方７及びこれと同一平面内を分け合うように交流導体板の１つ１４を配置している。そして、これら同一平面内を分け合う２つの導体板７と１４の対峙する各端部間にはマイカ製の絶縁体２８を配置するとともに、各端部間をシート面で隔離するマイカシート２９，３０又は３１を設けている。また、積層導体板の上下両面には、第２及び第３のマイカ製の絶縁シート１５，１６を貼り付けている。積層導体板４の端部では、各導体板の端部を包み込むように、第１〜第３のマイカ製の絶縁シートの端部間を塞ぐマイカ製の絶縁部材１７，１８を備えている。また、積層導体板４に設けた貫通孔１９，２０内でそれぞれ導体板の１つに接触し、一端がインバータ回路部品に電気的に接続された接続部材５１１，５１２、５１３，５１４を設けている。そして、貫通孔のうち、接続部材が接触しない導体板と接続部材との間の隙間に樹脂製絶縁材２５，２６を充填している。最後に、接続部材５１１，５１２と、５１３，５１４間で、この積層導体板４からインバータ回路部品側に突出する絶縁突起部２７を備えている。

この構成により、インバータの異極性導体板間を全てマイカで絶縁し、剥離による放電の惧れをなくし、小型で絶縁寿命の長い積層導体板４を備えたインバータ装置を提供することができる。

図６は、本発明の他の一実施例を、図５に対応して示す断面図である。図５と同一構成要素には同一符号を付けて重複説明は避ける。図５と異なる点は、異種導体板７と１４の対峙する端部間を１枚のマイカシート３１で絶縁隔離したことである。

この構成によれば、比較的簡易に、図５と同様の効果を発揮できる。

なお、図５及び図６には、図４の充填絶縁材２５，２６の図示を省略したが、必要に応じて、同様に充填することができる。

以上の実施例では、インバータの導体板として、いずれもフラット形状の導体板を用いたが、曲げた形状であっても同様の効果を奏することができる。

本発明の一実施例によるインバータ装置の主回路半導体スタック１相分の要部斜視図。図１に示す本発明の一実施例によるインバータ装置の１相分の主回路図。図１に示す本発明の一実施例によるインバータ装置の１相分の主回路接続関係を側面から見たイメージ図。図１に示す本発明の一実施例のＡ−Ａ断面図。図１に示す本発明の一実施例のＢ−Ｂ断面図。図５に対応して示す本発明の他の一実施例断面図。

符号の説明

１１，１２…半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）、２…放熱フィン、３…フィルタコンデンサ、４…積層導体板、５１，５２…接続部材（ねじ）群、５１１，５１３，５１５，５１７…接続ねじ、５１２，５１４，５１６…円筒状の接続部材、６…直流正極導体板、７…直流負極導体板、８…（第１の）マイカ製の絶縁シート、９，１０，１３…外部接続端子、１４…交流導体板、１５，１６…表裏（第２，第３）のマイカ製の絶縁シート、１７，１８…端部の絶縁部材、１９，２０…接続用の貫通孔、２１，２２…マイカ製の臨孔絶縁部材、２５，２６…シリコーン樹脂等の絶縁材、２７…絶縁突起部、２８…マイカ製の絶縁体、２９〜３１…マイカシート。

Claims

半導体スイッチング素子により直流と交流との間に電力変換を行い、インバータの異極性の２つの導体板に挟まれた絶縁シートを含む積層導体板を備えたインバータ装置において、前記インバータの直流正負極導体板及び交流導体板のうち少なくとも２つの異極性導体板に挟まれたマイカ製の絶縁シートと、前記積層導体板に設けた貫通孔と、これら貫通孔内でそれぞれ前記直流正負極導体板の一方に接触し、一端がインバータ回路部品に電気的に接続された接続部材と、これら接続部材間で、この積層導体板からインバータ回路部品側に突出する絶縁突起部を備えたことを特徴とするインバータ装置。
半導体スイッチング素子により直流と交流との間に電力変換を行い、インバータの異極性の２つの導体板に挟まれた絶縁シートを含む積層導体板を備えたインバータ装置において、２つの導体板に挟まれたマイカ製の前記絶縁シートと、２つの前記導体板のうちの１つを構成する前記インバータの直流導体板の１つと、２つの前記導体板のうちの他の１つを同一平面内を分け合うように構成する前記インバータの直流導体板の他の１つと交流導体板の１つと、これら異極性導体板である直流導体板の他の１つと交流導体板の１つの対峙する端部間に埋め込んだマイカ製の絶縁体を備えたことを特徴とするインバータ装置。
半導体スイッチング素子により直流と交流との間に電力変換を行い、インバータの異極性の２つの導体板に挟まれた絶縁シートを含む積層導体板を備えたインバータ装置において、２つの導体板に挟まれたマイカ製の前記絶縁シートと、２つの前記導体板のうちの１つを構成する前記インバータの直流導体板の１つと、２つの前記導体板のうちの他の１つを同一平面内を分け合うように構成する前記インバータの直流導体板の他の１つと交流導体板の１つと、これら異極性導体板である直流導体板の他の１つと交流導体板の１つの対峙する端部間をシート面で隔離するマイカ製の絶縁シートを備えたことを特徴とするインバータ装置。
請求項３において、端部間をシート面で隔離する前記マイカ製の絶縁シートは、前記各導体板の両端部をそれぞれ包み込む複数の絶縁シートを備えたことを特徴とするインバータ装置。