特許 6067536 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6067536

(24)【登録日】2017年1月6日

(45)【発行日】2017年1月25日

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20170116BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 Z

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-221304(P2013-221304)

(22)【出願日】2013年10月24日

(65)【公開番号】特開2015-82953(P2015-82953A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2015年11月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107928

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正則

(72)【発明者】

【氏名】表 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】テイ シュン

【審査官】 神田 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０６６３１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１５１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１３１９８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｆ１６Ｂ ５／１０

Ｆ１６Ｂ ３５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータ部又はコンバータ部を有して構成されるスタックユニット及びコンデンサユニットを備えた電力変換装置であって、
前記スタックユニット及びコンデンサユニットを上下に配置し、前記スタックユニットの下部に配置した挟込手段と、
前記コンデンサユニットを構成する複数のコンデンサ端子と接続された導電性盤と、
前記導電性盤を前記挟込手段で挟み込み圧接する圧接手段と、
を備え、
前記挟込手段は、
前記スタックユニットに取り付けられた挟込固定板と、
前記挟込固定板の下部に配置された挟込可動板と、
を備え、
前記圧接手段は、
前記挟込固定板と前記挟込可動板の間に挿入された前記導電性盤を前記挟込固定板と前記挟込可動板とで圧接する挟込ボルトと、
当該圧接の際、前記挟込可動板の回転を防止する回転止ピンと、
を備え、
前記挟込可動板は、
前記挟込ボルトにより、前記挟込固定板から前記導電性盤が挿入可能な所定の距離、離間して連結され、
前記挟込ボルトを正回転することにより、当該挟込ボルトの軸方向の距離を短くする方向に移動し、前記挟込ボルトを逆回転することにより、当該挟込ボルトの軸方向の距離を長くする方向に移動することを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記導電性盤は、
前記挟込固定板と前記挟込可動板の間に挿入の際に、前記挟込ボルト及び前記回転止ピンが当該挿入の妨げになるのを防止するために、前記挟込ボルト及び前記回転止ピンの移動経路に切り欠きを備えたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記導電性盤の切り欠きは、
前記挟込ボルトの移動口を大きな切り欠きとし、奥になるに従って狭く、かつ、直線状スリットに構成したことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力変換装置内部の平型半導体素子を用いたスタックユニットとコンデンサユニットとの接続を簡便かつ低インダクタンス接続構造を備えた電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電力変換装置は、製造性、保守性の観点から、例えば３相交流電源を出力する場合、相ごとに複数の平型半導体等で構成したインバータ等で構成されたスタックユニットと、コンデンサユニットとが、導電性盤（ＢＵＳ）を介して接続されて構成されている。

【0003】

近年、上記電力変換装置は、出力容量に対して高密度、コンパクト化が求められるようになってきた。そのために、電力変換装置内部に設けられたスナバ回路を廃止したスナバ回路レス化を実現する必要がある。このスナバ回路レス化を達成するためには、低インダクタンス化が必須である。しかしながら、従来から、導電性盤とスタックユニットの接続においてボルト締めを行っており、ボルトを抜き取るために、最低でもボルト長さ以上の距離を必要としていた。なお、配線の低インダクタンス化、フィルタコンデンサや直流電源端子の配線構造の合理化を図り、装置全体の小型化軽量化を可能とする方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９−５５６６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した低インダクタンス化を達成するために、スタックユニットと導電性盤との接続距離を短くする必要がある。また、当該発明に係る電力変換装置が扱う電力は大電力であるため、上記接続部の接触不良は発熱の原因になることから確実な接続が要求される。また、スタックユニットの故障時は容易に交換できることが望まれていた。

【0006】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、スタックユニットとコンデンサユニットとの接続の低インダクタンス化を実現することによりスナバ回路レス化を達成すると共に、スタックユニット及びコンデンサユニットの着脱が容易な電力変換装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の電力変換装置は、インバータ部又はコンバータ部を有して構成されるスタックユニット及びコンデンサユニットを備えた電力変換装置であって、前記スタックユニット及びコンデンサユニットを上下に配置し、前記スタックユニットの下部に配置した挟込手段と、前記コンデンサユニットを構成する複数のコンデンサ端子と接続された導電性盤と、前記導電性盤を前記挟込手段で挟み込み圧接する圧接手段と、を備え、前記挟込手段は、前記スタックユニットに取り付けられた挟込固定板と、前記挟込固定板の下部に配置された挟込可動板と、を備え、前記圧接手段は、前記挟込固定板と前記挟込可動板の間に挿入された前記導電性盤を前記挟込固定板と前記挟込可動板とで圧接する挟込ボルトと、当該圧接の際、前記挟込可動板の回転を防止する回転止ピンと、を備え、前記挟込可動板は、前記挟込ボルトにより、前記挟込固定板から前記導電性盤が挿入可能な所定の距離、離間して連結され、前記挟込ボルトを正回転することにより、当該挟込ボルトの軸方向の距離を短くする方向に移動し、前記挟込ボルトを逆回転することにより、当該挟込ボルトの軸方向の距離を長くする方向に移動することを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

この発明によれば、スタックユニットとコンデンサユニットとの接続の低インダクタンス化を実現することによりスナバ回路レス化を達成すると共に、スタックユニット及びコンデンサユニットの着脱が容易な電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施例１に係る電力変換装置の斜視図。

【図2】図１に係るスタックユニット及びコンデンサユニットの斜視図。

【図3】図２に係るスタックユニット及びコンデンサユニットの構成図。

【図4】図２に係るコンデンサユニット及び導電性盤の斜視図。

【図5】図４に係るコンデンサユニット及び導電性盤の構成図。

【図6】図２に係るスタックユニットの接続部の斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。

【実施例1】

【0011】

図１は、本発明の実施例１に係る電力変換装置１の一例でその斜視図である。図示した電力変換装置１は、インバータ部又はコンバータ部などを有して構成されるスタックユニット１０及びコンデンサユニット２０などを1相分として、３相分（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）配置された場合を示している。電力変換装置１本体は、相ごとに、各ユニットの組込み、取外しが可能になるように、ステー１２、１３などを用いたラック構造に構成されている。

【0012】

各相のスタックユニット１０は、コンデンサユニット２０の上部に配置され、スタックユニット１０とコンデンサユニット２０を接続する接続部（接続手段）は、コンデンサユニット２０の導電性盤に接続される（詳細は、後述する。）。また、スタックユニット１０には、取手１５、１５が取り付けられており、電力変換装置１に対する当該スタックユニット１０の取付け、取外しを容易に行うことができる。

【0013】

図２は、図１に係るスタックユニット１０及びコンデンサユニット２０の要部斜視図である。

【0014】

図３は、図２に係るスタックユニット１０及びコンデンサユニット２０の構成図である。図３（１）は正面図で、同図（２）は平面図で、同図（３）は右側面図で、同図（４）は左側面図である。以下、これらの図面を参照してスタックユニット１０の説明を行う。

【0015】

スタックユニット１０は、平型半導体素子１２、水冷フィン１２ａ、平型半導体素子１２及び水冷フィン１２ａを圧接しながら固定する固定具１３、コンデンサユニット２０との接続部１４及び取手１５などを有して構成される。

【0016】

平型半導体素子１２は、供給される直流電源（図示しない）に対して複数個直列に接続される。実施例では、当該平型半導体素子１２を冷却するための水冷フィン１２ａ、１２ａの間に平型半導体素子１２が配置される。図２は、このように構成された水冷フィン１２ａ及び平型半導体素子１２を単位として複数個直列に配置された場合の一例である。

【0017】

上記水冷フィン１２ａの表面は導電材で構成されており、平型半導体素子１２と一体になって用いられるため、発明の要部が平型半導体素子と水冷フィンにある場合を除けば、水冷フィン１２ａは平型半導体素子１２の一部と見なすこともできるため、本実施例では、特別に必要な場合を除いて水冷フィン１２ａは平型半導体素子１２に含まれるものとして説明する。その場合、コンデンサユニット２０との接続部１４は、低インダクタンス化のために、直列接続された複数個の平型半導体素子１２、１２・・の接触抵抗を低減するため、両端に配置された固定具１３、１３によって圧接される。

【0018】

固定具１３は、圧接板１３ａ・１３ａ、ステー１３ｂ・１３ｂ、弾性体１３ｄ・１３ｄなどで構成される。圧接板１３ａ、１３ａ間に配置された平型半導体素子１２、１２・・、及び弾性体１３ｄ、１３ｄは、ステー１３ｂ、１３ｂの長軸方向の距離を定めるナット１３ｃ、１３ｃを正回転することにより、上記ステー１３ｂ、１３ｂの軸方向内側に圧接される。圧接力は、弾性体１３ｄ、１３ｄのバネ力により設定される。

【0019】

固定具１３・１３にはそれぞれ取手１５、１５が取り付けられ、当該スタックユニット１０はこの取手１５、１５を持ち、電力変換装置１に組み込むことができる。

【0020】

コンデンサユニット２０は、２個のコンデンサ２１、２１で構成される。各コンデンサ２１、２１間は、導電性盤（ＢＵＳ）２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃの総称）により電気的に接続される。なお、導電性盤２３ａ、２３ｂ、２３ｃは銅板などの導体で構成される。

【0021】

図４は、図２に係るコンデンサユニット２０及び導電性盤２３の斜視図である。図５は、図４に係るコンデンサユニット２０の構成図である。図５（１）は正面図で、同図（２）は平面図である。

【0022】

本実施例１に係るコンデンサユニット２０は、底板２２上に２個のコンデンサ２１、２１が配置され固定される。これら２個のコンデンサ２１、２１の端子（図示しない）は、導電性盤２３により電気的に接続される。

【0023】

導電性盤２３は、後述する挟込挟手段（図６参照）としての挟込固定板１４ａと挟込可動板１４ｄの間に挿入の際に、挟込ボルト１４ｅ及び回転止ピン１４ｆが当該挿入の妨げになるのを防止する切り欠きを有する。また、当該切り欠きは、当該挿入に伴う挟込ボルト１４ｅ及び回転止めピン１４ｆの移動経路に切り欠き有し、特に、挟込ボルトの移動口を大きな切り欠きとし、奥になるに従って狭く、かつ、直線状スリットに構成してある。

【0024】

このような構成にすることにより、コンデンサユニット２０に対してスタックユニット１０を設置する際、挟込ボルト１４ｅを上記切り欠き部分に挿入し易く、挿入後はスタックユニット１０を電力変換装置１本体側に押し出すことにより、挟込切ボルト１４ｅが切り欠きの経路に沿って導電性盤２３に進入するため、スタックユニット１０の設置位置の位置決めが簡単に行われる。この結果、コンデンサユニット２０に対してスタックユニット１０を接続する際に、導電性盤２３の上下に挟込固定板１４ａ及び挟込可動板１４ｄがスムーズに挿入される。

【0025】

なお、スタックユニット１０に対してコンデンサユニット２０を設置する場合は、挟込固定板１４ａ及び挟込可動板１４ｄの間に導電性盤２３が上述したようにスムーズに挿入される。

【0026】

また、導電性盤２３はそれぞれ接続導体２４ａ、２４ｂ、２４ｃを介してインバータ部（図示しない）に接続される。

【0027】

以上の構成により、導電性盤２３ａ、２３ｂ、２３Ｃはそれぞれ、上述したスタックユニット１０の接続部１４に接続される。

【0028】

図６は、図２に係るスタックユニット１０の接続部１４の斜視図である。接続部１４は、スタックユニット１０の下部に配置され、挟込手段及び圧接手段を有して構成される。

【0029】

挟込手段は、スタックユニットに取り付けられた挟込固定板１４ａ、この挟込固定板１４ａの下部に配置された挟込可動板１４ｄ、挟込固定板１４ａを支持する支持板１４ｃ及び支持補助板１４ｄなどで構成される。

【0030】

挟込固定板１４ａは、Ｌ文字状銅板などの導体で構成され、絶縁材で構成された支持板１４ｃ及び支持補助板１４ｄの間に固定される。

【0031】

圧接手段は、挟込固定板１４ａと挟込可動板１４ｂの間に挿入された導電性盤２３を挟込固定板１４ａ及び挟込可動板１４ｂとで圧接する挟込ボルト１４ｅと、当該圧接の際、挟込可動板１４ｂの回転を防止する回転止ピン１４ｆなどで構成される。

【0032】

挟込可動板１４ｂは、挟込ボルト１４ｅにより、挟込固定板１４ａから導電性盤２３が挿入可能な所定の距離、離間して連結され、上述した圧接手段としての挟込ボルト１４ｅを正回転することにより、当該挟込ボルト１４ｅの軸方向の距離を短くする方向に移動する。この移動によって挟込固定板１４ａ及び挟込可動板１４ｂ間に挿入された導電性盤２３を圧接する。また、挟込ボルト１４ｅを逆回転することにより、当該挟込ボルト１４ｅの軸方向の距離を長くする方向に移動することにより上記圧接を開放する。

【0033】

また、上述した構造を有していることにより、挟込固定板１４ａと挟込可動板１４ｄの間は、コンデンサユニット２０の導電性盤２３が所定の厚みを有している場合であっても容易に挿入可能な隙間になっている。

【0034】

回転止ピン１４ｆは、挟込固定板１４ａ及び挟込可動板１４ｂの間に挿入されたコンデンサユニット２０の導電性盤２３を挟み込んでこれらを圧接するためにボルト１４ｅを回転してボルト締めする際、挟込可動板１４ｂが空転し接不良になることを防止する。この結果、低インダクタンス化のために、ボルト１４ｅの長さも極力短くすることができるのみならず、ボルト締めの際スパナによる片手作業が可能になる。

【0035】

上述した実施例１は、電力変換装置１を構成するスタッカユニット１０がインバータ部を配置した場合を例に説明したが、本実施例に限定するものではなく、電力変換装置の容量、仕様により、上述したスタッカユニットに配置される平型半導体素子の個数及びコンデンサユニットに配置されるコンデンサの個数が変化することにより、スタッカユニットの接続部及びコンデンサユニットの導電性盤の構成が変更になることがある。その場合であっても、本実施例に係る発明を適用することは可能であり、その場合も上述と同様の効果を得ることが可能である。

【0036】

以上、説明したように本実施例１によれば、スナバ回路レス化、スタックユニット１０とコンデンサユニット２０との接続の低インダクタンス化及びスタックユニット１０とコンデンサユニット２０の着脱が容易な電力変換装置を提供することができる。

【符号の説明】

【0037】

１ 電力変換装置
１０ スタックユニット
１２ 平型半導体素子
１３ 固定具
１３ａ 圧接板
１３ｂ ステー
１４ 接続部
１４ａ 挟込固定板
１４ｂ 挟込可動板
１４ｃ 接続部ベース板
１４ｄ 接続部補助板
１４ｅ ボルト
１４ｆ 回転止ピン
１３ｃ 弾性体
１５ 取手
２０ コンデンサユニット
２１ コンデンサ
２２ 底板
２３ 導電性盤（ＢＵＳ）
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 接続導体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】