JP4770584B2

JP4770584B2 - インバータ装置

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Publication number: JP4770584B2
Application number: JP2006141404A
Authority: JP
Inventors: 育千夏田; 弘行佐治
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: JP2007312566A

Description

この発明は、例えば分散電源の単独運転検出装置を構成する交流電流注入器、溶接機等に用いられるインバータ装置に関し、より具体的には、導体板および絶縁体の積層構造を採用して配線の低インダクタンス化を図った構造のインバータ装置に関する。

インバータ装置の配線（主回路配線）の低インダクタンス化を図った構造の一例として、特許文献１には、三つの導体板（板状導体）と二つの絶縁体（絶縁シート）とを交互に積層した積層構造体が記載されている。

しかし、特許文献１に記載の積層構造体では、全ての導体板および絶縁体の端面が揃っているため、端面部において、電位の異なる導体板間に存在する絶縁体表面の沿面距離が短く、絶縁強度（耐圧）を高くするのが難しい。

これに対して、例えば図６に示す例のように、三つの導体板７０、７２、７４と二つの絶縁体（例えば絶縁板）７６、７８とを交互に積層すると共に、絶縁体７６、７８の端部を導体板７０、７２、７４から所定の距離Ｂ₁だけ張り出すという考えがある。これと同様の思想が特許文献２に記載されている。導体板７０、７２、７４は、それぞれ、例えば、ハーフブリッジインバータにおける正極導体板、中間電位導体板、負極導体板である。

上記構造によって、端部における絶縁体７６、７８表面の沿面距離を長くして、絶縁強度を高くすることができる。

特開平１１−８９２４７号公報（段落００１４、図２）特開２０００−２３６６７７号公報（段落０００６−００１０、図７）

図６に示した構造の場合、例えば経年によって絶縁体７６、７８の張り出した部分の表面が汚れても、必要な絶縁強度を確保することができるようにするためには、絶縁体７６、７８の張り出し距離Ｂ₁を大きくすることで対処することができる。

しかし、絶縁体７６、７８は、一般的に導体板を形成している金属板に比べて機械的強度が低いので、張り出し距離Ｂ₁を大きくするほど、外部からの力によって損傷を受けやすくなる。例えば、組立作業や保守点検作業等の際に、人が絶縁体７６、７８の張り出した部分に不本意に力を加えて、絶縁体７６、７８が割れて欠けたり、ひびが入ったりすることが起こり得る。そのようなことが起こると、絶縁体７６、７８による絶縁強度が低下してしまう。

そこでこの発明は、導体板から絶縁体が張り出しているけれども、その張り出し距離を大きくしても、絶縁体が外部からの力によって損傷を受けにくい積層構造を採用したインバータ装置を提供することを主たる目的としている。

この発明に係るインバータ装置は、正極導体板と、負極導体板と、第１中間導体板と、第２中間導体板と、前記正極導体板と第１中間導体板との間に接続された第１コンデンサと、前記第１中間導体板と負極導体板との間に接続された第２コンデンサと、前記正極導体板と第２中間導体板との間に接続された第１スイッチング素子と、前記第２中間導体板と負極導体板との間に接続された第２スイッチング素子とを備えていて、前記正極導体板と負極導体板との間に前者を正極側にして直流電圧が入力され、前記第１中間導体板と第２中間導体板との間に交流電圧が出力される構成のインバータ装置であって、
前記正極導体板および負極導体板は、共に平面部および立面部を有するＬ字型をしていて互いに隙間をあけて重ね合わされており、前記正極導体板および負極導体板の平面部間の隙間に、第１絶縁体および第２絶縁体に挟まれて前記第１中間導体板が配置されており、前記正極導体板および負極導体板の立面部間の隙間に、第３絶縁体および第４絶縁体に挟まれて前記第２中間導体板が配置されており、前記第１絶縁体、第２絶縁体および第１中間導体板は、前記正極導体板および負極導体板の平面部の、左右および前の計３辺から張り出しており、しかも第１中間導体板は第１絶縁体および第２絶縁体と実質的に同じ距離以上に張り出しており、前記第３絶縁体、第４絶縁体および第２中間導体板は、前記正極導体板および負極導体板の立面部の、左右および上の計３辺から張り出しており、しかも第２中間導体板は第３絶縁体および第４絶縁体と実質的に同じ距離以上に張り出していることを特徴としている。

上記構成によれば、第１中間導体板の張り出した部分が、第１絶縁体および第２絶縁体の張り出した部分の補強材の働きをし、第２中間導体板の張り出した部分が、第３絶縁体および第４絶縁体の張り出した部分の補強材の働きをするので、第１ないし第４絶縁体の張り出し距離を大きくしても、当該絶縁体は外部からの力によって損傷を受けにくくなる。

前記第１コンデンサは、前記正極導体板および負極導体板の平面部の下方に配置された複数の第１電解コンデンサで構成されていて、各第１電解コンデンサの正極端子は前記正極導体板の平面部に接続され、負極端子は前記第１中間導体板に接続されており、前記第２コンデンサは、前記正極導体板および負極導体板の平面部の下方に配置された複数の第２電解コンデンサで構成されていて、各第２電解コンデンサの正極端子は前記第１中間導体板に接続され、負極端子は前記負極導体板の平面部に接続されており、かつ、全ての第１電解コンデンサおよび第２電解コンデンサは、それらの正極端子および負極端子の向きが同方向に揃うように配置されている、という構成を更に採用しても良い。

請求項１に記載の発明によれば、第１中間導体板の張り出した部分が、第１絶縁体および第２絶縁体の張り出した部分の補強材の働きをし、第２中間導体板の張り出した部分が、第３絶縁体および第４絶縁体の張り出した部分の補強材の働きをするので、第１ないし第４絶縁体の張り出し距離を大きくしても、当該絶縁体は外部からの力によって損傷を受けにくくなる。その結果、このインバータ装置の品質の安定化、信頼性の向上、長寿命化等を図ることができる。しかも、第１ないし第４絶縁体の張り出し距離を大きくして、汚れに対して絶縁強度低下を小さくすることができるので、清掃を伴う保守作業のインターバルを長くして、省力化を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば次のような更なる効果を奏する。即ち、全ての第１電解コンデンサおよび第２電解コンデンサは、それらの正極端子および負極端子の向きが同方向に揃うように配置されていて、全ての電解コンデンサの向きが統一されているので、電解コンデンサの取り付け作業が単純になり、かつ取り付け後の検査も容易になる。その結果、電解コンデンサの逆向き取り付けが起こりにくくなると共に、仮に起きたとしても検査で発見しやすくなるので、電解コンデンサの逆向き取り付けを防止することが容易になる。

図１は、この発明に係るインバータ装置の一実施形態を示す回路図である。このインバータ装置は、ハーフブリッジインバータであり、正極導体板２と、負極導体板４と、第１中間導体板６と、第２中間導体板８と、正極導体板２と第１中間導体板６との間に接続された第１コンデンサ１０と、第１中間導体板６と負極導体板４との間に接続された第２コンデンサ１２と、正極導体板２と第２中間導体板８との間に接続された第１スイッチング素子１４と、第２中間導体板８と負極導体板４との間に接続された第２スイッチング素子１６とを備えている。

正極導体板２と負極導体板４との間には、この実施形態ではそれらにそれぞれ接続された正極入力端子２４、負極入力端子２６を経由して、図示しない直流電源から、正極導体板２を正極側にして直流電圧が入力される。

第１中間導体板６と第２中間導体板８との間には、この実施形態ではそれらにそれぞれ接続された第１出力端子２８、第２出力端子３０を経由して、単相の交流電圧が出力される。

スイッチング素子１４、１６は、図示例はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）であるが、それ以外のものでも良い。例えば、ＭＯＳ電界効果トランジスタ、ＧＴＯサイリスタ等でも良い。

第１コンデンサ１０および第２コンデンサ１２は、平滑用および中間電位形成用のものであり、それぞれ、一つのコンデンサで構成されていても良いし、複数個のコンデンサで構成されていても良い。大電流を出力する場合は、複数個で構成する場合が多い。この実施形態では、第１コンデンサ１０は、複数個（具体的には８個）の第１電解コンデンサ２０で構成されており、第２コンデンサ１２は複数個（具体的には８個）の第２電解コンデンサ２２で構成されている。各電解コンデンサ２０、２２の静電容量は、例えば、３３００μＦである。これによって、例えば、ＡＣ２００Ｖ、４００Ａ程度の大電流を出力することができる。

このインバータ装置の構造を図２〜図５を参照して説明する。図２はインバータ装置の正面図であり、図３は平面図であり、図４は右側面図である。各導体板および絶縁体の厚さは拡大して図示している。図５は、図４中のＡ部の拡大断面図である。図１中の各要素に相当する部分には同一符号を付している。

上記正極導体板２は、平面部２ａ、立面部２ｂおよび折り曲げ部２ｃを有するＬ字型をしており、上記負極導体板４も、平面部４ａ、立面部４ｂおよび折り曲げ部４ｃを有していて正極導体板２のＬ字型に対応する大きさのＬ字型をしており、両導体板２、４は互いに一定の隙間をあけて重ね合わされている。重ね合わしたときの両導体板２、４の端の位置は、互いにほぼ揃っている。

正極導体板２および負極導体板４の平面部２ａおよび４ａ間に、第１絶縁体３２および第２絶縁体３４に挟まれて、上記第１中間導体板６が配置されている。第１中間導体板６は折り曲げずに平板状をしている。

正極導体板２および負極導体板４の立面部２ｂおよび４ｂ間に、第３絶縁体３６および第４絶縁体３８に挟まれて、上記第２中間導体板８が配置されている。第２中間導体板８は折り曲げずに平板状をしている。

各導体板２、４、６、８は、例えば、銅、アルミニウム等の金属またはそれらを主体とする合金の板である。それらの厚さは、例えば、それぞれ１．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。

各絶縁体３２、３４、３６、３８は、例えば、絶縁板、絶縁シート等である。より具体例を挙げると、各絶縁体３２、３４、３６、３８は、ベーク板、ガラスエポキシ板等の絶縁板であり、それらの厚さは、例えば、それぞれ１．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度である。

第１絶縁体３２、第２絶縁体３４および第１中間導体板６は、正極導体板２および負極導体板４の平面部２ａおよび４ａの、左右および前の計３辺から張り出している。しかも第１中間導体板６は、第１絶縁体３２および第２絶縁体３４と実質的に同じ距離以上に張り出している。図４および図５に示す例では、第１中間導体板６は、第１絶縁体３２および第２絶縁体３４と実質的に同じ張り出し距離Ｂ₂だけ張り出しているけれども、第１絶縁体３２および第２絶縁体３４よりも大きく張り出しても良い。

第３絶縁体３６、第４絶縁体３８および第２中間導体板８は、正極導体板２および負極導体板４の立面部２ｂおよび４ｂの、左右および上の計３辺から張り出している。しかも第２中間導体板８は、第３絶縁体３６および第４絶縁体３８と実質的に同じ距離以上に張り出している。図４に示す例では、第２中間導体板８は、第３絶縁体３６および第４絶縁体３８と実質的に同じ張り出し距離Ｂ₃だけ張り出しているけれども、第３絶縁体３６および第４絶縁体３８よりも大きく張り出しても良い。この張り出し距離Ｂ₃は、この実施形態では、上記張り出し距離Ｂ₂と実質的に等しくしている。

図４に示すように、正極導体板２および負極導体板４の折り曲げ部２ｃおよび４ｃ付近において、各絶縁体３２、３４、３６、３８の端部は、それぞれ接近または当接させて配置している。第１中間導体板６と第２中間導体板８との間には空間４０を形成しており、このようにして両導体板６、８間の電気絶縁を保っている。

図３に示すように、正極導体板２からは上記正極入力端子２４が延出しており、負極導体板４からは上記負極入力端子２６が延出しており、第１中間導体板６からは上記第１出力端子２８が延出しており、第２中間導体板８からは上記第２出力端子３０が二つ延出している。

上記複数個の第１電解コンデンサ２０および第２電解コンデンサ２２は、正極導体板２および負極導体板４の平面部２ａおよび４ａの下方に配置されている。

各第１電解コンデンサ２０の正極端子２０ａは、正極導体板２の平面部２ａから下向きに突設されている金属スリーブ５０を介してねじ６０によって、正極導体板２の平面部２ａに電気的に接続されている。

各第１電解コンデンサ２０の負極端子２０ｂは、第１中間導体板６から下向きに突設されている金属スリーブ５１を介してねじ６１によって、第１中間導体板６に電気的に接続されている。

各第２電解コンデンサ２２の正極端子２２ａは、第１中間導体板６から下向きに突設されている金属スリーブ５２を介してねじ６２によって、第１中間導体板６に電気的に接続されている。

各第２電解コンデンサ２２の負極端子２２ｂは、負極導体板４の平面部４ａから下向きに突設されている金属スリーブ５３を介してねじ６３によって、負極導体板４の平面部４ａに電気的に接続されている。

そして、全ての第１電解コンデンサ２０および第２電解コンデンサ２２は、それらの正極端子２０ａ、２２ａおよび負極端子２０ｂ、２２ｂの向きが同方向（この実施形態では正面から見て正極端子２０ａ、２２ａが左側、負極端子２０ｂ、２２ｂが右側）に揃うように配置されている。換言すれば、全ての第１電解コンデンサ２０および第２電解コンデンサ２２をこのように配置すること、および上記のように接続することが可能になるように、上記金属スリーブ５０〜５３が配置されている。

正極導体板２の平面部２ａには、図３に示す例のように、それと電位の異なるねじ６１〜６３の周りに、穴４２、４４が設けられている。図に表れていないけれども、第１中間導体板６および負極導体板４にも同様の穴が設けられている。

上記第１スイッチング素子１４および第２スイッチング素子１６は、正極導体板２および負極導体板４の立面部２ｂおよび４ｂの後方に配置されている。

第１スイッチング素子１４のコレクタ端子１４ａは、正極導体板２の立面部２ｂから後ろ向きに突設されている金属スリーブ５４を介してねじ６４によって、正極導体板２の立面部２ｂに電気的に接続されている。

第１スイッチング素子１４のエミッタ端子１４ｂは、第２中間導体板８から後ろ向きに突設されている金属スリーブ５５を介してねじ６５によって、第２中間導体板８に電気的に接続されている。

第２スイッチング素子１６のコレクタ端子１６ａは、第２中間導体板８から後ろ向きに突設されている金属スリーブ５６を介してねじ６６によって、第２中間導体板８に電気的に接続されている。

第２スイッチング素子１６のエミッタ端子１６ｂは、負極導体板４の立面部４ｂから後ろ向きに突設されている金属スリーブ５７を介してねじ６７によって、負極導体板４の立面部４ｂに電気的に接続されている。

正極導体板２の立面部２ｂには、図２に示す例のように、それと電位の異なるねじ６５〜６７の周りに、穴４６が設けられている。図に表れていないけれども、第２中間導体板８および負極導体板４にも同様の穴が設けられている。

このインバータ装置においては、第１中間導体板６の張り出した部分が、第１絶縁体３２および第２絶縁体３４の張り出した部分の補強材の働きをし、第２中間導体板８の張り出した部分が、第３絶縁体３６および第４絶縁体３８の張り出した部分の補強材の働きをするので、第１ないし第４絶縁体３２、３４、３６、３８の張り出し距離Ｂ₂、Ｂ₃（図４参照）を大きくしても、当該絶縁体３２、３４、３６、３８は外部からの力によって損傷を受けにくくなる。即ち、絶縁体３２、３４、３６、３８に欠けやひび割れが生じにくくなる。

その結果、このインバータ装置の品質の安定化、信頼性の向上、長寿命化等を図ることができる。しかも、第１ないし第４絶縁体３２、３４、３６、３８の張り出し距離Ｂ₂、Ｂ₃を大きくして、汚れに対して絶縁強度低下を小さくすることができるので、清掃を伴う保守作業のインターバルを長くして、省力化を図ることができる。

なお、図６に示した従来例の絶縁体７６、７８においては、張り出した部分の上下両面の距離および厚さの合計が沿面距離になるのに対して、この実施形態の絶縁体３２、３４、３６、３８においては、張り出した部分の片面の距離および厚さの合計が沿面距離になるので、絶縁強度を同じにする場合、従来例の張り出し距離Ｂ₁（例えば３ｍｍ程度）よりもこの実施形態の張り出し距離Ｂ₂、Ｂ₃の方が約２倍大きくなる（例えば６ｍｍ程度になる）けれども、この張り出し距離Ｂ₂、Ｂ₃がインバータ装置全体の寸法に占める割合は非常に小さいので、インバータ装置全体の寸法への影響は小さい。それよりも、絶縁体３２、３４、３６、３８が外部からの力によって損傷を受けにくくなる効果の方が大きい。

また、図４からも分かるように、絶縁体３２、３４の後端付近および絶縁体３６、３８の下端付近には、第１中間導体板６および第２中間導体板８が存在しないのでそれらによる補強作用は奏さないけれども、その辺りは正極導体板２の折り曲げ部２ｃ付近と負極導体板４の折り曲げ部４ｃ付近との間に挟まれていてこれらによって保護されているので、人が不本意に力を加える恐れはなく、特に支障はない。

更にこのインバータ装置においては、全ての第１電解コンデンサ２０および第２電解コンデンサ２２は、それらの正極端子２０ａ、２２ａおよび負極端子２０ｂ、２２ｂの向きが同方向に揃うように配置されていて、全ての電解コンデンサ２０、２２の向きが統一されているので、電解コンデンサ２０、２２の取り付け作業が単純になり、かつ取り付け後の検査も容易になる。例えば、この実施形態では、全ての電解コンデンサ２０、２２を、単純に正極端子２０ａ、２２ａを正面から見て左側にして取り付ければ良いので、取り付け作業が単純になる。検査も、上記のように向いていない電解コンデンサが混じっていないかを検査すれば良いので、検査も容易になる。その結果、電解コンデンサ２０、２２の逆向き取り付けが起こりにくくなると共に、仮に起きたとしても検査で発見しやすくなるので、電解コンデンサ２０、２２の逆向き取り付けを防止することが容易になる。

また、この実施形態のように正極導体板２および負極導体板４をＬ字型にすることによって、このインバータ装置の平面寸法を大幅に小さくして、設置スペースを大幅に小さくすることができる。

更に、この実施形態のように、電解コンデンサ２０、２２を前後方向に３列配置することによって、このインバータ装置の横幅を小さくすることができる。電解コンデンサ２０、２２を前後方向に４列またはそれ以上に配置しても良く、そのようにすれば横幅をより小さくすることができる。

なお、このインバータ装置の出力側に整流回路を付加して、チョッパを構成しても良い。

この発明に係るインバータ装置の一実施形態を示す回路図である。この発明に係るインバータ装置の一実施形態を示す正面図であり、各導体板および絶縁体の厚さは拡大して図示している。この発明に係るインバータ装置の一実施形態を示す平面図であり、各導体板および絶縁体の厚さは拡大して図示している。この発明に係るインバータ装置の一実施形態を示す右側面図であり、各導体板および絶縁体の厚さは拡大して図示している。図４中のＡ部を拡大して示す断面図である。従来のインバータ装置における導体板および絶縁体の積層構造の一例を部分的に示す断面図である。

符号の説明

２正極導体板
４負極導体板
６第１中間導体板
８第２中間導体板
１０第１コンデンサ
１２第２コンデンサ
１４第１スイッチング素子
１６第２スイッチング素子
２０第１電解コンデンサ
２２第２電解コンデンサ
３２第１絶縁体
３４第２絶縁体
３６第３絶縁体
３８第４絶縁体

Claims

正極導体板と、負極導体板と、第１中間導体板と、第２中間導体板と、前記正極導体板と第１中間導体板との間に接続された第１コンデンサと、前記第１中間導体板と負極導体板との間に接続された第２コンデンサと、前記正極導体板と第２中間導体板との間に接続された第１スイッチング素子と、前記第２中間導体板と負極導体板との間に接続された第２スイッチング素子とを備えていて、前記正極導体板と負極導体板との間に前者を正極側にして直流電圧が入力され、前記第１中間導体板と第２中間導体板との間に交流電圧が出力される構成のインバータ装置であって、
前記正極導体板および負極導体板は、共に平面部および立面部を有するＬ字型をしていて互いに隙間をあけて重ね合わされており、
前記正極導体板および負極導体板の平面部間の隙間に、第１絶縁体および第２絶縁体に挟まれて前記第１中間導体板が配置されており、
前記正極導体板および負極導体板の立面部間の隙間に、第３絶縁体および第４絶縁体に挟まれて前記第２中間導体板が配置されており、
前記第１絶縁体、第２絶縁体および第１中間導体板は、前記正極導体板および負極導体板の平面部の、左右および前の計３辺から張り出しており、しかも第１中間導体板は第１絶縁体および第２絶縁体と実質的に同じ距離以上に張り出しており、
前記第３絶縁体、第４絶縁体および第２中間導体板は、前記正極導体板および負極導体板の立面部の、左右および上の計３辺から張り出しており、しかも第２中間導体板は第３絶縁体および第４絶縁体と実質的に同じ距離以上に張り出していることを特徴とするインバータ装置。
前記第１コンデンサは、前記正極導体板および負極導体板の平面部の下方に配置された複数の第１電解コンデンサで構成されていて、各第１電解コンデンサの正極端子は前記正極導体板の平面部に接続され、負極端子は前記第１中間導体板に接続されており、
前記第２コンデンサは、前記正極導体板および負極導体板の平面部の下方に配置された複数の第２電解コンデンサで構成されていて、各第２電解コンデンサの正極端子は前記第１中間導体板に接続され、負極端子は前記負極導体板の平面部に接続されており、
かつ、全ての第１電解コンデンサおよび第２電解コンデンサは、それらの正極端子および負極端子の向きが同方向に揃うように配置されている請求項１記載のインバータ装置。