JP4785863B2 - コンデンサバンク間の接続システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、インバータ、コンバータ、チョッパなどの型のパワーエレクトニクス回路に組み合わされる、コンデンサバンクまたはコンデンサ列の間の接続システムに関する。これらのコンデンサバンクは、いわゆるバスバー技術によって積み重ねられ、絶縁層によって分離された極性の異なる導電性の二つのバーすなわち薄板によって形成されたバスによって接続された複数のコンデンサから構成される。そのようなコンデンサバンクは、機能がより大きなブロックケース、特に上記に例に示したインバータのブロックのケースに、一体化できるのは当然である。

複数のコンデンサバンク間の接続は、実際は複数回路の部分への付加による一つの回路の形成として考えることができ、それによって、特に連結接続の動作と連結接続の部位で全体的に誘導性の回路構成を産み出すことになり得る。そのようなコンデンサバンクを含むブロック間の接続は、それによって、容量性部分と誘導性部分が交互になることからその接続を形成することは、実際には、結局コンデンサに影響を及ぼし、その寿命期間を短くするおそれがある寄生の高調波電流が流れる発振振動型の回路を構築することになる。

したがって、そのような組立てに利用される接続システムの目的は、主に前記電流及びコンデンサ内で場合によっては生じるそれらの発振振動を減少させることである。

これまで使用されていた容量性のコンデンサ列間の接続のいくつかの型には、金属製のバーによって構成されているものがあり、その絶縁は単純に各バーの間に間隔を保持することによって得られ、したがって、各バーの間にある空気の塊以外に絶縁体はない。

そのとき、これらの金属バーは、例えば接合される導体にそのために備えられているゾーンでのボルト締めによって固定される。しかしながら、この技術は誘導性が強く、したがって発振振動を生じさせるが、それは各コンデンサの持続性には有害である。

この型の接続の形成には、上記の純粋に電気的な性質の問題のほかに、機械的な側面もまた重要である。たとえば、導電性バーに流れる電流の大きさを考慮すると、同じ極性の導体の接触圧力が十分であり、正確に配分されるようになることが重要である。これは、明らかに適切な締める手段を要求する。

これらの手段は、一方ではシステムの製作作業を、もう一方では保守作業を容易にするように構想される必要がある。これらの目的をかなえるためには、これらの締める手段が、短い時間で、取り付け／取り外し、が容易にでき、あまりにも簡単にばらばらにすることができる部材を使用しないように構成することが好ましい。

上記で問題にした圧延されたバスバー技術を利用する従来技術の接続装置、すなわち、絶縁シートによって分離された、極性の異なるバーの型の二つの導体を組み合わせた接続装置では、接合すべき部材への結合はこれまではビス／ナット型の手段によって実施されており、その取り外しは容易ではない。実際、それにはボルトを完全に取り外すことが必要とされ、これは全く迅速には行うことができず、部材のうちの一つが無くなる危険性が生じる。

本発明の接続システムの目的は、電気的な観点からも満足できる、すなわち主として誘導性が低い技術的な解決手段を提案して、また、作業者の仕事を可能なかぎり容易にする取り付け／取り外し方法を提案して、上記の様々な不都合を解消することである。この解決手段は、さらに低コストで実施することができ、そのため、経済的にも非常に利益のあるものである。

主たる解決手段として、接続されたコンデンサバンクまたはコンデンサ列を圧延されたバスバーに接続することができる本発明の接続システムは、下記のように、
‐各バス（５）が、隣接する二つのコンデンサバンクまたはコンデンサ列（４）から発する突出端子二つの間の接続具（Ｃ）と協働するように構成された少なくとも一つの突出端子（６）を有し、
‐該接続具が二つの導体連結用小バーを備え、それらの導体の連結用小バーは各々向かい合う二つの突出端子の極性が同じバーと接触するように構成されており、これらの連結用小バーは絶縁層の両側に配置されており、
‐突出端子（６）または突出端子（６）との接続具（Ｃ）の各協働ゾーンの一方が、すべり受部を形成するＵ形端子を備え、そのＵ形端子によって、接続軸線に垂直な摺動によってもう一方の位置を決定することができ、
‐締め／弛め手段（１２、１３、１４）によって接続具を各突出端子に固定することができ、前記手段は弛めたときも単一のアセンブリであることを特徴とする。

この新規な解決手段は、圧延されたバスバー技術の利点、すなわち、主にインダクタンスが微小な接続を提案し、及び、該解決手段によって、すべり受部が存在することによって極めて迅速にブロックを互いに接続したり、分離したりすることができ、そのすべり受部によって、締める手段を単一のアセンブリとして維持したまま、単純に弛めた後に本発明のシステムを差し込む／取り外すことができる。以下の説明から分かるように、本発明は、そのうえ、生産コストが低い基本的な部材以外は使用せず、システム全体の製造コストを安価にする。

第一の構成によると、各突出端子は、突出端子の端部のバスのバーを広げて平行に保持することにより得られたＵ形端子を備え、このようにして構成されたすべり受部は外形が平行六面体の絶縁性ブロックの縁部のゾーンを収容するようにサイズ決めされており、そのもう一方の縁部のゾーンは対向する対応の突出端子内に挿入され、前記ブロックはＵ形端子の外側表面上に支持されている接続具の二つの連結用小バーに締め／弛め手段によって接続されており、前記締め／弛め手段はＵ形端子間に位置決めされている。

この変形例では、締め／弛め、の手段は接続具の一部であり、その連結用小バー二枚と中間絶縁体とは、摺動に関与するとともに、良好な接触圧力を確保するサンドイッチ構造を構成するように構想されている。

この構想の仮定では、好ましくは、締め／弛め、の手段は、連結用小バーと絶縁体を貫通する少なくとも一つのビスと、前記ビスと接続具の少なくとも一つの連結用小バーとの間に配置された絶縁スリーブと、さらに、ビスが連結する突出端子のバーから構成される。

したがって、締め／弛め、の手段のビスは、短絡を引き起こすおそれがない。

ビスを締めることは、例えば、もう一方の連結用小バーの外側表面上に支持されているボルトによって、または、このもう一方の連結用小バーのねじ溝内に固定されることによって実施される。

接続具の部材の相対的な位置決め及び形状に組み合わされたこの型の固定によって、高性能の電気接触を保持しつつ、取り付け／取り外しを容易に実施することができる。

これらの特徴は、好ましくは二つの連結用小バーの、突出端子のバーと接触する表面が、歯切りまたは鋸歯状にされていることによって、さらに向上する。

中央部分を可能な限り制限するためには、さらに、締め／弛め手段が接続方向に垂直な軸線に沿って配置された二つのビスによって構成されていることが有利である。

もう一つの構成によると、突出端子の形状またはＵ形端子を備えていない突出端子との接続具の協働ゾーンの形状は、接続軸線に垂直に作られた横断方向の切り込みを有し、その内部を各Ｕ形端子に組み合わされた締め／弛め手段が摺動することができる。

そのとき、締める手段は、またビスとボルトで構成され、ビスは絶縁スリーブ
を備える孔を通って、Ｕ形端子の導体の一つを貫通し、ボルトはもう一方の導体と同軸で、且つそれに連結されており、絶縁スリーブはその絶縁スリーブが貫通するＵ形端子の導体と接触する導体の厚さを上回る長さに渡ってＵ形端子内に延びる部分を有し、この部分は実際には横断方向の切り込み内に挿入されている。

したがって、本発明の接続システムのＵ形端子の分枝を貫通する部材は、ビスの軸棒によって構成されており、少なくとも一部分は前記Ｕ形端子の内側収容部の中で絶縁スリーブによって取り囲まれている。

横断方向の切り込みによって、ビスと絶縁スリーブが通過することができるだけではなく、また、ビスを弛めた後切り込み内に案内される移動によって取り付け／取り外しを容易にすることができる。ボルトは各Ｕ形端子の分枝の一つに連結されているので、ビスの頭部、したがって、唯一の箇所に作用するだけで締め／弛めることができる。さらに、何周か回転させるだけで十分であり、それによって、取り付け／取り外しが極めて容易且つ極めて迅速になる。締め／弛め用アセンブリは最終的に結合されたままであり、これは第一の構成の場合と同様に、部材の消失が起きる可能性を全く無いものとする。

絶縁スリーブは、Ｕ形端子の導体を貫通する孔より直径の大きな部分を備え、その内部にビスの頭部が支持されており、該部分によって、締める圧力をより大きな面積に配分することができる。

さらに好ましくは、横断方向の切り込みは、絶縁スリーブが切り込みの行き止まりの端部にぶつかったとき、接続具が各バスの突出端子上で軸線方向に心合わせされるような長さを備えている。

したがって、この切り込みは、また、位置決定の機能を果たし、接続すべき容量性、コンデンサのブロックから突出したバスの突出端子の軸線に接続脚部を即座に心合わせすることができる。

また、この切り込みの幅は、その切り込みを占める絶縁スリーブの部分の直径をわずかに上回るという点において、接続具／突出端子を並進移動で案内することができるように構成されている。それによって生じる案内によって、特に、取り付けの際、オペレータが介入する時間を短縮し、オペレータの作業を容易にするようになる。

本発明では、Ｕ形端子は突出端子上に存在することがあり、そのとき、切り込みは接続具の端部に位置する。逆もまた可能である。

好ましくは、ある可能な構成によると、接続具は平坦な直線の第一の連結用小バーと、両端部が平行で、且つ、第一の連結用小バーに連結された中央部分に対してずらされた第二の連結用小バーとを備え、外形が平行六面体の端部Ｕ形端子を形成する二つの収容部を画成する。これらの収容部によって、接続すべき隣接するコンデンサバンクから突出したバスの突出端子を収容することができ、前記突出端子の外側表面及び連結用小バーの内側表面が締める前に実際に接触するようになっている。上記の締めの手段によって、端部Ｕ形端子の二つの分枝を接続する。

これらの二つの構成に関与する全ての部材は、製造が容易で、通常の材料から製造され、最終的に低コストで生産可能である。

接続具の幾何学的構成は、「＋」と「−」の極性の両導体間を分離する微小な距離を尊重し、回路のこの部分の誘導性、インダクタンスを低くするという目的を果たすことができる。回路の残りの部分を特徴付ける圧延されたバスバー技術は、実際に、本発明の上記の装置の概念に汎用されている。

本発明は、上記の適用された二つの形状を例として取り上げ、下記の添付図面を参照して、以下により詳細に説明されるものである。

−図１は電解コンデンサ列を上に配したインバータモジュールの斜視図である。
−図２はその上方から見た図である。
−図３は本発明の二つの実施例のうちの一つによる接続システムを示している。
−図４は図３による接続システムを使用した複数のモジュールの接続の上方から見た図である。
−図５は本発明の可能な別の形状の分解組み立て斜視図である。

図１を参照すると、ＩＧＢＴモジュール（１）及び（２）は、インバータを形成する他の部材とともに、熱の消散を可能にする放熱器（３）と、バスバー（５）を形成する平坦な外観のプレートにはんだ付けまたは結合された電解コンデンサ（４）によって構成された上部の容量性ブロックとの間に配置された、中間層を形成する。したがって、このバスバーは、厚さがわずかで、コンデンサの二つの異なる極性に接続され、絶縁層によって分離された、二つの導体プレート状バーによって構成されている。

この二極性のバスは、その四つの側面に突出端子（６）を備えており、その突出端子は容量性ブロックの空間から突出しており、インバータモジュールを他の同一モジュールに接続することを可能にしている。

図２は、全側面から突出している突出端子（６）の形状をより明らかに図示しており、それらの突出端子は側面すべり受部の切り込み（８）を備えており、それによって、モジュール間で接続システムの位置決定をすることができ（図３参照）、特に前記システムの締める手段と協働する。

図１及び２に示したインバータモジュールの実施例では、コンデンサのバンクは、１２個のコンデンサ（４）を備えており、したがって、少なくとも一つの側面で、本発明による二つの接続システムを介して、同様に１２個の電解コンデンサ（４）を備える少なくとも一つの別のバンクに接続される。

接続システム（Ｃ）は、図３により詳細に図示されている。この図面に示した特定の構造では、該接続システムは二つの導体連結用小バー（９）及び（１０）から構成されており、そのうちの一つは平坦で直線状（連結用小バー９）であり、もう一つ（連結用小バー１０）は中央の段差部を備え、それによって、その両端部をずらして、本発明の接続システム（Ｃ）は最終的に対向する二つのＵ形端子を有することができ、該Ｕ形端子の分枝間には、バス（５）から突出する突出端子（６）用の収容部（１１、１１’）が開口している。絶縁層（７）は、連結用小バー（９、１０）をそれらの中央部分で分離している。

収容部（１１、１１’）を、ビス（１２）、ボルト（１３）及び絶縁スリーブ（１４）によって構成された締める手段が貫通している。各ボルト（１３）は連結用小バー（１０）に連結されており、したがって、ビス（１２）を締めることによって各Ｕ形端子の二つの分枝を接近させることになる。ビス（１２）の頭部は絶縁スリーブ（１４）の広くした部分を介して連結用小バー（９）上に支持され、その絶縁スリーブの機能は、この支持とビスの案内を可能にすることに加えて、主に、一方ではバス（５）の二つのバーと、もう一方では本発明の接続システム（Ｃ）の二つの連結用小バー（９、１０）との間の短絡を防止することである。

この接続システム（Ｃ）によって、複数の容量性ブロックを互いに接続したときでさえ、インダクタンスを低いレベルに保つことができる。これらのコネクタにおいて、容量性ブロックの内部のバー／バスで使用されている技術の本質的な原理を利用する技術を使用することによって、この接続を低いインダクタンスで実施することができる。

案内用の絶縁スリーブ（１４）の上部の直径部分によって、さらに、連結用小バー（９）と、該連結用小バーと向かい合い、且つそれと接触している突出端子（６）のバーとの間の接触圧力を配分することができる。連結用小バー（１０）では、それに連結されたボルト（１３）の存在によってより良好な圧力配分が得られる。したがって、端部Ｕ形端子と締める手段は組み合わされた作用を示し、それによって、両方の極性で、突出端子（６）との表面接触を良質なものにすることができる。

機械的には、接続／分離は、実施が極めて迅速且つ単純な、限定された締める／弛めることによって、ビス（１２）の各頭部への唯一の動作によって行われる。ボルトから完全に取り外されることがないビスは消失するはずがなく、このことは本発明の付加的な利点を構成している。

図４は、二つのビス（１２）を使用して各ブロックに固定された本発明の接続システム（Ｃ）による、複数（三つ）のインバータブロック間の接続の実施例である。ブロックの四つの側面に突出端子（６）が存在することを考慮すると、多数の組立て配置が可能である。二つの垂直平面に対して二重の対称を示すインバータブロックの立方体の容積によって、さらに、平面内における可能な配置数を増大させる。

図５は、別の配置の可能性を示しており、それによると、Ｕ形端子は例えば図１に示したようなモジュールから突き出た突出端子（６’）の端部に配置される。

この場合、バスの導体バー（１９、２０）はそれぞれ階段状のものと、平坦なものとであり、端部すべり受部を構成しており、そのすべり受部内を絶縁ブロック（７’）が摺動することができる。接続システム（Ｃ’）の連結用小バー（９’、１０’）も同様に、締める手段が弛緩位置にあるとき、すなわち、弛められているとき、且つ連結用小バー（９’、１０’）が各々突出端子（６’）の上方（１９）及び下方（２０）の外側表面と接触しているとき、摺動に参加する。

また、絶縁スリーブ（１４’）も使用する締め／弛め手段は、前述した実施例で使用したものと同じものであり、したがって、説明を補足する必要はない。ビス（１２’）と、ここでは見えていないが、ボルトは同一条件で使用されている。

一つの可能性によると、バスのバー（１９、２０）と接触する連結用小バー（９’、１０’）の表面は、歯切りされており、それによって、接触面を正確に保持したまま、良好な接続を確実にする。

これらの二つの実施例の存在によって、もし必要ならば、本発明の範囲を越えることなく、多数の変形例を構想することが可能であることを示している。

電解コンデンサ列を上に配したインバータモジュールの斜視図。 電解コンデンサ列を上に配したインバータモジュールの上面図。 本発明の二つの実施例のうちの一つによる接続システム。 図３による接続システムを使用した複数のモジュールの接続の上方から見た図。 本発明の可能な別の形状の分解組み立て斜視図。

符号の説明

１、２ ＩＧＢＴモジュール
３ 放熱器
４ コンデンサ
５ バスバー
６、６’ 突出端子
Ｃ、Ｃ’ 接続具
７、７’ 絶縁層
９、９’ 連結用小バー
１０、１０’ 連結用小バー
１２ ビス
１４ 絶縁スリーブ

Claims (12)

1. パワーエレクトニクス回路に組み合わされるコンデンサバンクまたはコンデンサ列（４）の間の接続システムであって、そのコンデンサ（４）が、絶縁層によって分離されて積み重ねられた極性の異なる薄板の導電性のバー二枚によって形成されたバス（５）によって接続されている接続システムにおいて、
   ‐各バス（５）が、隣接する二つのコンデンサバンクまたはコンデンサ列（４）から発する突出端子（６、６’）二つの間の接続具（Ｃ、Ｃ’）と協働するように構成された少なくとも一つの突出端子（６、６’）を有し、
   ‐前記接続具が二つの導体の連結用小バー（９、１０；９’、１０’）を備え、それら連結用小バーは各々向かい合う二つの突出端子（６、６’）の同じ極性のバーと接触するように構成されており、これらの連結用小バー（９、１０；９’、１０’）は絶縁層（７、７’）の両側に配置されており、
   ‐突出端子（６、６’）または突出端子（６、６’）との接続具（Ｃ、Ｃ’）の各協働ゾーンの一方が、すべり受部を形成するＵ形端子を備え、そのＵ形端子によって、接続軸線に垂直な摺動によってもう一方の位置を決定することができ、
   ‐締め／弛め手段（１２、１３、１４）によって接続具（Ｃ、Ｃ’）を各突出端子（６、６’）に固定することができ、前記手段は弛めたときも単一のアセンブリであることを特徴とする、接続システム。
2. 前記各突出端子（６’）が、その突出端子（６’）の端部のバスのバー（１９、２０）を広げて平行に保持することにより得られたＵ形端子を備え、このようにして構成されたすべり受部は外形が平行六面体の絶縁性ブロック（７’）の縁部のゾーンを収容するようにサイズ決めされており、そのもう一方の縁部のゾーンは対向する対応の突出端子（６’）内に挿入され、前記ブロック（７’）はＵ形端子の外側表面上に支持されている接続具（Ｃ’）の二つの連結用小バー（９’、１０’）に締め／弛め手段によって接続されており、前記締め／弛め手段はＵ形端子間に位置決めされていることを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサバンク（４）間の接続システム。
3. 前記締め／弛め手段が、連結用小バー（９’、１０’）と絶縁ブロック（７’）を貫通する少なくとも一つのビス（１２’）、前記ビス（１２’）と接続具（Ｃ’）の少なくとも一つの連結用小バー（９’）との間に配置された絶縁スリーブ（１４’）、及びそのビスが接続する突出端子（６’）のバー（１９）から構成されることを特徴とする、請求項２に記載のコンデンサバンク（４）間の接続システム。
4. 前記、締め／弛め、の手段を締めることが、もう一方の連結用小バー（２０）の外側表面上に支持されているボルトによって、または、このもう一方の連結用小バーのねじ溝内に固定されることによって実施されることを特徴とする、請求項３に記載のコンデンサバンク（４）間の接続システム。
5. 前記、締め／弛め、の手段が、接続方向に垂直な軸線に沿って配置された二つのビス（１２’）によって構成されていることを特徴とする、請求項３または４に記載のコンデンサバンク（４）間の接続システム。
6. 前記の二つの連結用小バー（９’、１０’）の、突出端子（６’）のバー（１９、２０）と接触する表面が、歯切りまたは鋸歯状にされていることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一つに記載のコンデンサバンク（４）間の接続システム。
7. 前記突出端子（６）の形状またはＵ形端子を備えていない突出端子（６）との接続具（Ｃ）の協働ゾーンの形状が、接続軸線に垂直に作られた横断方向の切り込み（８）を有し、その内部を各Ｕ形端子に組み合わされた、締め／弛め、の手段（１２、１４）が摺動することができることを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサバンク（４）間の接続システム。
8. 前記締める手段が、ビス（１２）とボルト（１３）で構成され、ビス（１２）は絶縁スリーブ（１４）を備える孔を通って、Ｕ形端子の導体の一つ（９）を貫通し、ボルト（１３）はもう一つの導体（１０）と同軸であり、それに連結されており、絶縁スリーブ（１４）はその絶縁スリーブ（１４）が貫通するＵ形端子の導体と接触する導体の厚さを上回る長さに渡ってＵ形端子内に延びる部分を有し、この部分は横断方向の切り込み（８）内に挿入されていることを特徴とする、請求項７に記載のコンデンサバンク（４）間の接続システム。
9. 前記絶縁スリーブ（１４）がＵ形端子の導体を貫通する孔より直径の大きな部分を備え、その内部にビス（１２）の頭部が支持されており、それによって、締める圧力をより大きな面積に配分することができることを特徴とする、請求項８に記載のコンデンサバンク（４）間の接続システム。
10. 前記横断方向の切り込み（８）が、絶縁スリーブ（１４）が切り込みの行き止まりの端部にぶつかったとき、接続具（Ｃ）が各バス（５）の突出端子上で軸線方向に心合わせされるような長さを備えていることを特徴とする、請求項８または９に記載のコンデンサバンク（４）間の接続システム。
11. 前記横断方向の切り込み（８）の幅が、その切り込みを占める絶縁スリーブ（１４）の部分の直径をわずかに上回るという点において、接続具（Ｃ）／突出端子（６）を並進移動で案内することができるように構成されていることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一つに記載のコンデンサバンク（４）間の接続システム。
12. 前記接続具（Ｃ）が、平坦な直線の第一の連結用小バー（９）と、両端部が平行で、第一の連結用小バー（９）に連結された中央部分に対してずらされた第二の連結用小バー（１０）とを備え、外形が平行六面体の二つの端部収容部（１１、１１’）を画成し、それによって、隣接するコンデンサバンク（４）から突出したバス（５）の突出端子（６）を収容することができ、該突出端子（６）の外側表面及び連結用小バー（９、１０）の内側表面は締める前に実際に接触していることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれか一つに記載のコンデンサバンク（４）間の接続システム。

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