具有母線的功率轉換設備的製作方法
2023-06-05 20:39:21
專利名稱：具有母線的功率轉換設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種構造母線的方法，所述母線在馬達控制器(矩陣轉
換器、反相器、伺服控制器等等)、電源設備(UPS、焊機電源等等)等設 備中用於連接功率模塊、電容器、電抗器等等。
在先技術
傳統上，像IGBT或IPM這樣的功率模塊是通過電纜布線或母線連
接到電子部件，例如電容器或電抗器。並且，在反相器等設備中採用 的結構，其中放置在電子電路的dc部分中的母線層壓在彼此的頂部。(例 如日本專利公開2005-65412)
專利參考l: JP-A-2005-6541
發明內容
本發明要解決的問題
在傳統電纜布線中，根據電子部件和端子的位置操作電纜時進行 組裝操作，並且在很多情況下，在電纜被固定的同時，其它端子和電 子部件連接在一起，這樣導致複雜的操作。在這種情況下，布線距離 和路徑容易改變，這使得有必要增加浪湧電壓限制電路並允許電感的 增加，或者增加浪湧電壓限制電路的尺寸。這樣產生的問題是，增加 了包括這些電子部件和端子的設備的尺寸，並使其結構變得複雜。並 且在大多數情況下，電子部件的端子設置為彼此靠近。因此，當由於 電纜布線操作中電纜的錯誤連接而出現錯誤布線時，或者當端子與要 同時安裝的電子部件連接在一起，並且其方式是端子與電子部件的不 同極彼此接觸時，就會擔心設備及其部件的損壞。
另一方面，當使用母線進行布線時，如果電子部件及其端子的連 接路徑不合適，則母線路徑會複雜。這樣產生的問題是，由於電感增 加，浪湧電壓會增加，.輻射噪聲會增加，並且由於電阻的增加，會產 生執。
本發明的目的是解決傳統技術中發現的上述問題。因此，本發明 的目的是提供一種母線構造方法，這種方法能夠利用母線將電子部件 的端子適當地連接在一起，能夠簡化連接操作，並且能夠通過在各個 導體層之間插入薄板形絕緣體來降低電感。
解決問題的方法
為了達到上述目的，根據本發明，提供一種具有下述結構的矩陣 轉換器。
根據本發明的第一方面，提供一種矩陣轉換器，包括 AC電容器，包括直線放置的第一端子、第二端子和第三端子，所
述第一端子、第二端子和第三端子分別形成在所述AC電容器的三個部
分；
IGBT，包括直線放置的第一輸入端子、第二輸入端子和第三輸入 端子，所述第一輸入端子、第二輸入端子和第三輸入端子分別形成在 所述IGBT的三個部分；以及
母線，用於將所述AC電容器的三部分端子與所述IGBT的三部分輸 入端子連接在一起，其中
所述AC電容器和所述IGBT設置為使得所述AC電容器的直線放置 的端子與所述IGBT的直線放置的輸入端子彼此平行，並且所述IGBT的 所述第一輸入端子、第二輸入端子和第三輸入端子分別靠近所述AC電 容器的所述第一端子、第二端子和第三端子，以及
所述母線形成為層壓母線，其以下述方式提供，三個板形母線層 壓在彼此的頂部，絕緣體插入在所述各個母線之間並且所述母線的前
表面和後表面上放置絕緣體，
在所述各個板形母線中，提供有內部端子，該內部端子用於與所
述AC電容器的三部分端子以及所述IGBT的三部分輸入端子連接在一 起，以及
所述AC電容器的端子與所述IGBT的輸入端子通過所述內部端子 連接在一起。
此外，根據本發明的第二方面，提供一種如第一方面所述的矩陣 轉換器，其中
所述AC電容器和所述IGBT設置為使得所述AC電容器的三部分 端子的表面與所述IGBT的三部分輸入端子的表面處於同一平面，以及
所述三個板形母線分別形成為具有相同的大致矩形形狀，並且層 壓在彼此的頂部。
此外，根據本發明的第三方案，提供一種如第二方面所述的矩陣 轉換器，其中
在所述三個板形母線中形成孔部分，所述孔部分分別在所述第一 端子與所述第一輸入端子之間穿透母線以及在所述第三端子與所述第 三輸入端子之間穿透母線，以及，
形成在所述第一端子與所述第一輸入端子之間並且繞過所述孔部 分的電流路徑以及形成在所述第三端子與所述第三輸入端子之間並且 繞過所述孔部分的電流路徑被分別設定為與形成在所述第二端子與所 述第二輸入端子之間的電流路徑基本上重疊。
此外，根據本發明的第四方面，提供一種如第一方面所述的矩陣 轉換器，其中
所述AC電容器和所述IGBT設置為使得所述AC電容器的三部分 端子的表面與所述IGBT的三部分輸入端子的表面處於同一平面，以及
所述三個板形母線層壓在彼此的頂部，其方式是位於中間的母線 形成為具有基本上矩形的形狀，其餘的兩個母線形成為具有基本上U形
的形狀，分別朝向相反的方向，所述兩個基本上U形的母線通過所述絕 緣體將所述基本上矩形的母線夾持在它們之間。
此外，根據本發明的第五方面，提供一種如第一方面所述的矩陣 轉換器，其中
所述AC電容器和所述IGBT設置為使得所述AC電容器的三部分 端子的表面與所述IGBT的三部分輸入端子的表面基本上相互垂直，以 及
所述三個板形母線形成為具有基本上的直角的部分。 發明效果
根據權利要求l、 2所述的本發明，能夠以最短的方式將電子部件 的端子連接在一起，從而能夠簡化矩陣轉換器的組裝操作。
根據權利要求3、 4所述的本發明，能夠降低各個層之間的電感， 從而能夠減少浪湧電壓限制電路的數量、各個浪湧電壓限制電路的尺 寸、表面電壓限制電路的發熱量、表面電壓限制電路產生的噪聲等等。 並且，即使不能以最短的方式連接電子部件的端子，也能夠同等地安 排布線路徑。
根據權利要求5所述的本發明，即使當AC電容器與IGBT之間的位 置關係為了設計的方便而基本上成直角時，也能夠獲得與上述類似的 效果。
圖l是根據本發明的母線構造方法的第一實施例的立體圖。
圖2是根據第一實施例的母線構造方法的立體圖。
圖3是根據第一實施例的母線的剖視圖。
圖4是從根據第一實施例的母線的上表面向下看，所述母線的立體圖。
圖5是根據本發明的母線構造方法的第二實施例的立體圖。 圖6是根據本發明的母線構造方法的第三實施例的立體圖。
圖7是根據本發明的母線構造方法的第四實施例的立體圖。 圖8是從根據第四實施例的母線的上表面向下看，所述母線的立體圖。
圖9是根據本發明的母線構造方法的第五實施例的立體圖。 圖10是從根據第五實施例的母線的上表面向下看，所述母線的立 體圖。
圖ll是矩陣轉換器的主電路的結構圖。
附圖標號說明
10: AC電容器
lla， llb， llc:
20: IGBT
21a， 21b， 21c:
22a， 22b， 22c:
30a， 30b， 30c:
31a, 31b， 31c:
跳層壓母線
101a，101b， 101c:母線
102a，102b， 102c，102d: 絕緣體
103a，103b， 103c:內部端子
104a，104b， 104c:內部端子
105:區域A
llla，lllb， lllc:母線
121a，121b， 121c:母線
130:層壓母線
131a，131b， 131c:母線
132，132a， 132b，132c， 132d:對
133a，133b， 133c:內部端子
端子
輸入端子 輸出端子
螺絲 螺絲 134a， 134b， 134c: 內部端子 135: 區域A
140:層壓母線
141a， 141b， 141c: 母線
142， 142a， 142b， 142c， 142d: 絕緣體
143a， 143b， 143c: 內部端子
144a， 144b， 144c: 內部端子
145: 區域A
146a， 146b， 146c: 區域B
具體實施例方式
下面參照附圖描述根據本發明的實施例。
圖ll是應用了根據本發明的母線的典型矩陣轉換器的主電路的結 構圖。圖11中，附圖標號lll表示三相ac電源，112表示由所述矩陣 轉換器驅動的馬達，20表示其中集成了雙路開關的絕緣柵雙極型晶體 管IGBT模塊(自此以下表示為IGBT)， IO表示其中集成了用於濾波器 的電容器的電容器組(下面稱為AC電容器)。也就是說，在矩陣轉換器 中，用於濾波器的AC電容器10和帶雙向開關的IGBT 20連接到所述 三相電源。在矩陣轉換器中，為了實現直接的ac-ac轉換，所述IGBT 的雙路開關頻繁地連接和斷開，由於雙路開關頻繁地連接和斷開而在 所述AC電容器與所述IGBT之間產生浪湧電壓，需要方法來降低這種 浪湧電壓。因此，當把這些元件連接在一起時，降低電感是必要的。
圖1示出根據本發明構造母線的方法，並且是矩陣轉換器的一般 結構的立體圖，圖1示出矩陣轉換器的狀態，在該狀態中使用層壓母 線IOO將AC電容器IO與IGBT20連接在一起。在這種情況下，ac電 源通過電抗器(未示出)連接到AC電容器10的端子lla、 lib和llc。 同時，層壓母線100的內部端子103a、 103b和103c分別通過螺絲30a、
30b和30c固定在端子lla、 lib和11c上，而他們電連接在一起。而 層壓母線100的內部端子103a、 103b和103c分別與內部端子104a、 104b和104c電連接，內部端子(104a)、 103b(104b)和103c (104c)相互 電絕緣。層壓母線100將會在下面參照圖2、圖3和圖4進行詳細的描 述。層壓母線100的內部端子104a、 104b和104c分別通過螺絲31a、 31b和31c固定在IGBT 20的輸入端子21a、 21b和21c上，而他們彼 此電連接。IGBT 20直接轉換輸入到其輸入端子21a、 21b和21c上的 ac電流，並將ac電流輸出到其輸出端子22a、 22b和22c。馬達(此處 未示出)連接輸出端子22a、 22b和22c。此外，雖然未示出，但是在輸 入端子21a與輸出端子22a之間、輸入端子21b與輸出端子22b之間、 以及輸入端子21c與輸出端子22c之間分別連接有緩衝電路，每個緩衝 電路包括電容器、電阻器和二極體。並且AC電容器10與IGBT20也 被設置得相互靠近，以使得端子11a與輸入端子21a之間的距離、端子 lib與輸入端子21b之間的距離、以及端子lie與輸入端子21c之間的 距離分別為最短。順便提及，雖然為了圖示的方便，在圖2中沒有示 出輸入端子21a、 21b和輸出端子22a、 22b，但是IGBT 20的輸入端子 21a、 21b和21c與輸出端子22a、 22b和22c之間的位置關係與圖6中 所示的相同。
參考如圖2所示的構造層壓母線100的方法，薄板形絕緣體102b 和102c分別插入板形導體101a、 101b和101c之間，絕緣體102a和 102d分別放置在母線101a和101c的外表面。母線101a由導體製成， 所述導體是以銅作為主要組分的銅系合金，或者是鋁系合金；並且內 部端子103a與104a之間的電阻很小。這也類似地應用於母線101b和 101c。絕緣體102a、 102b、 102c和102d中的每個是用薄板形絕緣體制 成，例如聚芳醯胺纖維紙、PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、或者層壓雲 母片。圖3是層壓母線100的剖視圖。板形導體101a、 101b和101c 分別與插入在板形導體101a、 101b和101c之間的薄板形絕緣體102b、 102c緊密地、平行地接觸，因此不僅能夠使母線彼此絕緣，還能夠降 低母線之間的電感。並且由於在所述母線外表面提供了絕緣體102a和
102d，所述母線外表面除了內部端子外圍部分之外的整個區域，都充 當絕緣體，因此在所述母線自身上以及在母線的外圍部分安裝其它部
件時，能夠保證絕緣。圖4是從層壓母線100的上表面向下看層壓母 線100的立體圖。內部端子103a、 103b和103c以及內部端子104a、 104b和104c形成的位置使得它們不層壓在彼此的頂部，母線具有可以 使得它們在區域A的整個表面上彼此靠近的形狀，在區域A105中，母 線的路徑層壓在彼此頂部，從而能夠進一步降低電感。
因為由具有上述結構的層壓母線將電子部件的端子連接在一起， 所以能夠簡化要對上述連接進行的組裝操作，從而能夠降低母線之間 的電感。
圖5示出根據本發明的第二實施例的結構。根據本實施例，端子 11a與輸入端子21a，端子lib與輸入端子21b，以及端子llc與輸入 端子21c分別通過它們相連的母線llla、 lllb和lllc連接在一起。因 為可以以直線的方式將端子與輸入端子連接在一起，並且還因為彼此 靠近的母線設置為彼此平行，從而能夠防止端子與輸入端子以錯誤的 組合連接。並且，要連接在一起的端子和輸入端子之間的位置關係相 同，因此可以使用相同的母線。
圖6示出根據本發明的第三實施例的結構。根據本實施例，將AC 電容器10和IGBT 20設置為使得端子lla、 llb和llc分別與和它們 相連的輸入端子21a、 21b和21c垂直。由於設計上的各種限制，例如 其它部件的安裝、熱設計以及絕緣設計而導致所述端子的上述這種設 置。母線121a、 121b和121c分別用於將端子11a與輸入端子21a、端 子11b與輸入端子21b、以及端子11c與輸入端子21c連接在一起，當 所述母線在它們路徑的中部被同等地彎曲時，可使得它們的布線路徑 彼此相同。並且，即使在端子與輸入端子之間安裝其它部件，通過同
等彎曲母線從而迂迴路徑，可以使布線距離彼此相等。 [實施例4]
圖7示出根據本發明的第四實施例的結構。根據該結構，薄板形
絕緣體132b和132c分別插入板形導電母線131a、 131b和131c之間， 絕緣體132a和132d分別設置並層壓在母線131a和131c的外表面上。 母線131b形成帶有直線形狀，而母線131a和131c形成為使得它們被 相互平行放置，並且在母線131b的路徑上層壓在彼此的頂部。圖8是 層壓母線130的立體圖，示出從母線130上表面向下看的狀態。母線 130的內部端子133a、 133b和133c及其內部端子134a、 134b和134c 形成的位置使得它們不層壓在彼此的頂部；並且，母線分別具有這樣 的形狀，使得它們在區域A 135彼此靠近，在區域A 135，母線131a 和131c的路徑層壓在母線131b路徑的頂部。當母線彼此靠近的區域變 窄時，可以使母線和絕緣體更緊湊。
當使母線和絕緣體更緊湊時，可以節省它們的材料，並且其它部 件也可以以彼此更接近的方式安裝，從而能夠縮小在其中集成了這種 母線和絕緣體的設備的尺寸。
圖9示出根據本發明的第五實施例的結構。根據該結構，薄板形 絕緣體142b和142c分別插入板形導體母線141a、 141b和141c之間， 絕緣體142a和142d分別設置在母線141a和141c的外表面上，並層壓 在所述外表面上。在母線141a、 141b和141c中，有形成在相同的區域 中的孔。圖IO是層壓母線140的立體圖，示出從母線140上表面向下 看的狀態。為了要連接的搭配部分起見，將母線140的內部端子143a、 143b和143c之間的距離設定為比母線140的內部端子144a、 144b和 144c之間的距離小。這裡，在母線141a、 141b和141c中，形成孔(區 域B)146a和146b。由於孔的形成，所以內部端子143a 144a之間的 電流路徑以及內部端子143c 144c之間的電流路徑形成繞過路徑，從
而導致圖IO中箭頭標記所示的路徑。因此，由於這些繞過的路徑與圖
10中的內部端子143b 144b之間的電流路徑基本上重疊，所以能夠降 低阻抗。
工業實用性
本發明不僅能夠應用於馬達控制器(例如矩陣轉換器、反相器、以 及伺服控制器)和電源設備(例如UPS和焊機電源)，也能夠應用在必須 用母線將功率模塊、電容器、電抗器等裝置連接在一起的設備中。
權利要求
1. 一種矩陣轉換器，包括AC電容器，包括直線放置的第一端子、第二端子和第三端子，所述第一端子、第二端子和第三端子分別形成在所述AC電容器的三個部分中；IGBT，包括直線放置的第一輸入端子、第二輸入端子和第三輸入端子，所述第一輸入端子、第二輸入端子和第三輸入端子分別形成在所述IGBT的三個部分中；以及母線，用於將所述AC電容器的三部分端子與所述IGBT的三部分輸入端子連接在一起，其中所述AC電容器和所述IGBT設置為使得所述AC電容器的直線放置的端子與所述IGBT的直線放置的輸入端子彼此平行，並且所述IGBT的所述第一輸入端子、第二輸入端子和第三輸入端子分別靠近所述AC電容器的所述第一端子、第二端子和第三端子，以及所述母線形成為層壓母線，其以下述方式提供，三個板形母線層壓在彼此頂部，絕緣體插入所述各個母線之間並且在所述母線的前表面和後表面上放置絕緣體，在所述各個板形母線中，提供了內部端子，用於把所述AC電容器的三部分端子以及所述IGBT的三部分輸入端子連接在一起，以及所述AC電容器的端子與所述IGBT的輸入端子通過所述內部端子連接在一起。
2. 如權利要求l所述的矩陣轉換器，其中所述AC電容器和所述IGBT設置為使得所述AC電容器的三部分 端子的表面與所述IGBT的三部分輸入端子的表面處於同一平面，以及所述三個板形母線分別形成為具有相同的大致矩形的形狀，並且 層壓在彼此的頂部。
3. 如權利要求2所述的矩陣轉換器，其中 在所述三個板形母線中形成孔部分，所述孔部分分別在所述第一 端子與所述第一輸入端子之間穿透母線以及在所述第三端子與所述第 三輸入端子之間穿透母線，以及形成在所述第一端子與所述第一輸入端子之間並且繞過所述孔部 分的電流路徑，以及形成在所述第三端子與所述第三輸入端子之間並 且繞過所述孔部分的電流路徑被分別設定為與形成在所述第二端子與 所述第二輸入端子之間的電流路徑基本上重疊。
4.如權利要求l所述的矩陣轉換器，其中所述AC電容器和所述IGBT設置為使得所述AC電容器的三部分 端子的表面與所述IGBT的三部分輸入端子的表面處於同一平面，以及所述三個板形母線層壓在彼此的頂部，其方式是，位於中間的母線形 成為具有基本上矩形的形狀，其餘的兩個母線形成為具有基本上U形的形狀，並分別朝向相反的方向，所述兩個基本上U形的母線通過所述絕緣體將所述基本上矩形的母線夾持在它們之間。
5.如權利要求l所述的矩陣轉換器，其中所述AC電容器和所述IGBT設置為使得所述AC電容器的三部分 端子的表面與所述IGBT的三部分輸入端子的表面基本上彼此垂直，以 及所述三個板形母線被部分地形成為具有基本上直角。
全文摘要
簡化了矩陣轉換器中使用的三相電子部件的端子之間的連接，從而降低了導體之間的電感。AC電容器(10)和IGBT(20)設置為使得AC電容器(10)的直線放置的端子(11)與IGBT(20)的直線放置的輸入端子(21)彼此平行，並且AC電容器(10)的三個端子與IGBT(20)的三個輸入端子彼此靠近。母線形成為層壓母線(100)，所述層壓母線(100)可以通過在相互的頂部層壓三個板形母線來提供。在各自的板形母線中提供內部端子，該內部端子用於把AC電容器(10)的三部分端子和IGBT(20)的三部分輸入端子中彼此相鄰的端子連接在一起，彼此相鄰的端子通過內部端子連接在一起。
文檔編號H02M1/00GK101385225SQ20078000588
公開日2009年3月11日 申請日期2007年1月29日 優先權日2006年2月17日
發明者原英則, 森俊弘, 野原修平 申請人:株式會社安川電機