JPS5947951B2 - 変換器構成ユニツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各交流相に対し少なくとも２つの半導体弁と、
すべての半導体弁に共通な１つの冷却体とを備えた変換
器構成ユニットに関するものである。

かかる交換器構成ユニットは、可制御弁を有する整流器
装置に対してドイツ連邦共和国特許第１５１４４６３号
明催書により公知であり、この場合には各相について少
なくとも２つの弁が逆並列に接続され、それぞれ常に順
方向の弁のみが開かれている。

通常の変換器構成ユニットにおいては、各半導体弁に対
して固有の冷却体が設けられている。数個のかかるユニ
ットは、他の機能素子と共にハウジング（それは電子機
器装置又は構成素子装置の支持体のハウジングでありう
る）の内部に十分分離して組立てられる。そして３相導
体には例えば変流器が設けられねばならず、電流実際値
検出回路、増幅器を備えた制御構成装置および保護回路
構成装置ならびに電流導体は別の機能素子としてハウジ
ング内に収容され、最後に送風機が設けられ、熱を発生
する構成素子または構成素子装置が充分に冷却されるよ
うにしなければならない。電子的構成素子装置および変
換器構成ユニットは正し〈機能するように最後になお配
線されなハければならない。

さらに、変換器構成ユニツトと必要な機能素子とに対し
て機械的支持および案内システムが設けられる。本発明
は、初めに述ぺた種類の変換器構成ユニツトを、コンパ
クトな構成様式と製作及び組立の容易性を有しながら、
すべての機能的に関連する素子をまとめることを目的と
するものである。

この目的は本発明によれば、半導体弁が熱的には良導性
、電気的には絶縁性の接触面を有し、半導体弁の端子は
この接触面とは反対側にあり、すべての半導体弁はその
接触面でもって冷却体０平らな冷却面に接し、半導体弁
の端子は固くて細長い導体素子に接続され、導体素子は
１つまたは複数の平行な組立面内に配置された電気的機
能素子の支持体として用いられることにより達成される
。従って半導体弁、冷却体および変換器に機能上必要な
機能素子が、実装密度の高い１つの自己支持性の安定な
ユニツトに結合され、このユニツトによりあらゆる種類
の変換器、例えば可制御の整流器をも実現させることが
できる。電気的機能素子を１つまたは複数の面内に配置
することにより、これらの機能素子はよく見ることがで
き、かつ容易に近付き得るようになる。このことは製作
、組立および保守の容易性に寄与する。冷却面と端子面
とが互に正反対側に対向している半導体弁を使用するこ
とは、冷却機能と電気的機能とを空間的に明確に分離す
ることを可能にする。半導体弁の端子と、冷却体とは反
対側の固くて細長い導体素子との外すことのできる機械
的に安定な接続と導体素子とによって一種のフレームが
与えられ、こ ．のフレームに所属の電気機能素子を取
付けることができる。このフレームは同時に電気導体に
まとめられているので、異なる組立面において常に必要
な個所で、組立面内に配置された機能素子への直接の電
気的接続を行うことができる。従って導 ．’体素子は
二重の機能を持ち、一方では機械的支持、他方では主電
流の案内を行なう。これら二重機能の目的に合った利用
は、空間の利用を著し〈改善すると共に、機能の確実性
を高めるのに寄与する。何故ならば面倒な、そして誤わ
を生じ易い配線の ′非常に大きな部分を無くすことが
でき、一義的に決まらない導線の漂遊効果の危険を回避
することができるからである。予め製作され、工場側に
おいて完全に検査された変換器構成ユニツトは、設置場
所において容易に、例えば直流電動機の給電装置を構成
するためのモジュールユニットとして、僅かのプラグ接
続と電流導体端子とによりより大きな１つの機器にまと
めあげることができる。組立面が導体素子にほゞ直角に
延びるようにすると有利である。このことによって簡単
でしかも強固な構造が保証される。有利な実施形態にお
いては、組立面の一つにある電気的機能素子は、導体素
子が貫通するプリント回路板に設けられる。

この場合貫通個所においてプリント回路板と導体素子と
の間に機械的に負荷をかけることができる電気的接触子
が作られうる。そのような機能素子は、例えば可制御変
換器に対しては半導体弁を過電流および過電圧から保護
するための保護構成素子装置や、半導体弁へ制御パルス
を伝達するための制御構成素子装置である。そのような
機能素子を設けられたプリント回路板は、変換器構成ユ
ニツト内に取付けられる前に、予め製作されかつ検査す
ることができる。取や扱い易く、かつ機械的損傷に対し
て十分安全な構造形態を得るために、プリント回路板の
寸法を冷却体の寸法に合せ、プリント回路板が冷却体の
側方にほとんど突出しないようにする。プリント回路板
と導体素子との間の接触を作ることにより、プリント回
路板は機械的に確実に保持され、同時にプリント回路板
に設けられた電気的機能素子は半導体弁の端子と導体素
子を介して確実に接触するように接続される。プリント
回路板と導体素子との間の接続は、プリント回路板が貫
通個所においてリング状の導体路を持つように行なうこ
とができる。プリント回路板の装備後本来必要なシュワ
ル（Ｓｃｈｗａｌｌ）工程において、導体素子はこの個
所において直ちにろう付けされることができる。機能素
子として組立面の１つに導体素子を機能に適合するよう
に接続する電流導体および変流器が配置されると有利で
ある。

従ってこの面には、半導体弁端子の電気的接続および電
流検出が明瞭な形でかつ近付き易く行われる。この面に
おいては、電気の供給および変換器の作用により変調さ
れた電流の取出しが行われる。導体素子は、ねじ結合に
より半導体弁の電気端子に押付けられている金属チュー
ブとして形成することができる。

１つまたは複数のプリント回路板に固く接続されている
金属チューブは、半導体弁の端子が内面ねじを有する場
合には、個個の金属チューブを貫通するボルトにより簡
単な機械的方法で半導体弁の端子上に押し付けることが
できる。

このボルトによシ、金属チューブの冷却体から遠い端部
において一つの面内に配置された電流導体は同時に金属
チューブと容易に分解可能に接続することができる。有
利な実施形態においては、半導体弁として、それぞれ直
列に接続された２つの半導体弁を有する構成素子が使用
され、値列回路の入力端と出力端とに属する２つの端子
および半導体弁間の接続導体に属する第３の端子とが構
成素子に直列に配置される。

これらの構成素子は僅かの組立で冷却体に固定すること
ができ、プリント回路板内に取付けられる複数のプリン
ト素子を取付ける際に構成素子の端子の寸法が正確であ
るため許容誤差上の問題が減少する。三相系に対する変
換器構成ユニツトの場合には、かかる３つの構成素子が
互に並列に配置されると有利である。

このことは簡単な構造と、明瞭な直線的電流導体路を生
じる。有利な実施形態においては、冷却面として冷却体
の外面が用いられ、冷却体の外面とは反対側の冷却フイ
ンは導風壁により被われて短形状の流路を形成し、冷却
フインは端面に取付けられた軸流送風機によう強制通風
される。

コンパクトな送風機・冷却体ユニツトは、高い熱を発生
する半導体弁の有効な冷却を行い、且つ近付き易い平ら
な外面によう半導体弁の好ましい固定面を形成する。変
換器構成ユニツトは使用目的に従って可制御半導体弁の
装備に対しても、非制御半導体弁の装備に対しても適し
ている。従って半導体弁としてサイリスタを使用するこ
ともできる。この場合プリント回路板は機能素子として
、パルス伝送器、キャリヤ蓄積効果保護回路および電流
実際値検出用構成素子、並びに外部接続導体の端子用接
触子ユニツトを備えることができる。特に可制御半導体
弁に対する保護回路がかなり多い場合には、変換器構成
ユニツトの非常に空間経済的な構造は有効である。

すべての機能的に重要な素子を一体化すること、これら
の素子を空間的に配置すること、又機械的および電気的
接続を導体素子の形に組合せることにより、従来の、す
なわち分離した機能ユニツトからなる同容量の変換器構
成ユニツトに比較して、容積が９０％、重量が８０％減
少する。以下図面により本発明の実施例について説明す
る。

第１図に示されたプロック接続図は、付属の電気的機能
素子を有する変換器構成ユニツトの構成を概略的に示す
。

接続図の中央には、変換器の半導体弁ユニツト１が示さ
れている。これはパルス数６の三相ブリッジ接続された
６つのサイリスタＴ１ないしＴ６を有している。三相電
圧の供給は入力端Ｅにおいて変流器２を介して行われる
。変換器構成ユニツトの出力端子はＡ１、Ａ２で示され
ている。さらに変換器構成ユニツトは、サイリスタＴ１
ないしＴ６の点弧電極に制御パルスを与えるためのパル
ス伝送器３（これには場合によってパルス増幅器が後置
される）と、キャリア蓄積効果保護回路４と、電気的機
能素子としての電流実際値検出回路５と、高い熱を発生
するサイリスタＴ１ないしＴ６を冷却する送風機６とを
有している。既に初めに述べたように、従来は半導体弁
ユニツトおよび付属の電気的機能素子は分離して構成さ
れ配置された。

この方法は本発明においては集積構造によってもはや使
用されない。

第２図は変換器構成ユニツトの本発明による実施形態の
斜視図を示している。７は導風壁によシ直方体に形成さ
れた冷却体を示し、その一方の端面には軸流送風機６を
備え、反対の端面は開いている。

冷却体７の管路状形状によって、管路内部にある冷却フ
イン８に申分のない、しかも一様な冷却ガス流が導かれ
る。冷却体７の内部構造は第３図によう明らかである。

第３図は第２図の−線に沿う断面を示している。直方体
状の冷却体７の内部に向けられている冷却フイン８は、
冷却面９において冷却すべき半導体弁Ｔ１ないしＴ６か
ら吸収される熱を層流状冷却空気流に放出する。変換器
構成ユニツトは使用時には第２図に示された位置に対し
て９♂だけ回転され、従って柱状に立てて組立てられる
。

軸流送風機６は冷却体７の導入口上にあシ、吸込作用に
よシ冷却ガスの対流を補助する。個個の半導体弁Ｔ１な
いしＴ６の代シに、それぞれ２つの直列に接続された半
導体弁を細長いケースにまとめた互に同じ構造の構成素
子１０が挿入されている。

これらの構成素子は第２図および第３図に示されている
。これらの構成素子１０の半導体弁からの熱放出は、電
気的に絶縁され熱的には良導性の酸化セラミックスを介
して構成素子１０の金属性接触面１１へ行われる。これ
らの構成素子１０の電気端子は接触面１１に対向し、順
次直列に配置されている。この場合直列回路の入力端お
よび出力端に属する端子１２、１３は隣接している。こ
れらの端子には、半導体弁間の接続導体に属する端子１
４が第３の端子として接続されている。端子１２、１３
および１４はそれぞれ１つの内面ねじを持っている。そ
のような構成素子１０におけるサイリスタ例えばＴ１お
よびＴ２の回路接続と、それに属する接触機構とは第３
図に示されている。構成素子１０はその端部にそれぞれ
１つの切欠き１５を有し、この切欠きには接触面を貫通
する取付け穴１６が通じている。そのような構成素子１
０は例えばドイツ連邦共和国実用新案第７５１２５７３
号明細書に開示されている。第１図に示された６つのサ
イリスタＴ１ないしＴ６を有する三相ブリッジ回路を実
現するには、上述のような構成素子１０を３個冷却体Ｔ
の冷却面９の上に互に並列に配置し、ボルト２５により
これらの冷却面９に押付ける。

この場合三相の各相に対して構成素子１０が設けられ、
例えばサイリスタＴ１およびＴ２、サイリスタＴ３およ
び 、またはサイリスタＴ５およびＴ６がそれぞれ１つ
の構成素子１０中に含まれている。構成素子１０の端子
１２、１３および１４には、金属チーブ１７の形をした
長手方向に延びる導体素子が、その金属チューブ１７を
貫通して上方からそれぞれボルト２３が挿入され端子１
２、１３及び１４の内面ねじとねじ結合されることによ
って押付けられる。

金属チューブ１７はプリント回路板１８に取付けられ、
このプリント回路板１８は金属チューブ１７の軸に直角
に配置され、冷却体Ｔと軸流送風機６との組合せにより
予め与えられた基本寸法を超えないような大きさになっ
ている。プリント回路板１８の上には、機能素子として
例えばパルス伝送器、キャリア蓄積効果保護回路、およ
び電流実際値検出回路５が設けられている。これらの回
路は、第２図においてのみ幾つかの電子的構成素子１９
の形で示されている。プリント回路板１８の上に破線の
短形で囲まれた構成素子１９は例として電流実際値検出
回路５を示している。さらにプリント回路板１８は例え
ば制御装置の周辺ユニツトの端子への接触ユニツト２０
を持っている。勿論この実施例とは異なって、制御装置
は別の組立面に配置し、１つのプリント回路板上に設け
てもょい。このプリント回路板は又金属チーブにより支
持され、この金属チープを介してサイリスタの制御端子
と所望の機能に適合するように接続されてもよい。構成
素子１０に設けられた半導体弁Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４
、Ｔ５、Ｔ６の端子１２、１３、１４と接触している金
属チューブ１７は、プリント回路板１８の支持体として
のみならず半導体弁Ｔ１ないしＴ６の細長い端子として
も役立ち、これらの端子からプリント回路板１８の匪内
で、プリント回路板１８に設けられた機能素子に必要な
限ク、電流および電圧値が取出される。従ってプリント
回路板１８の金属チューブ１７への取付けと同時に接触
も形成される。このためプリント回路板１８は金属チュ
ーブ１７の貫通個所２４において金属チューブを囲むリ
ング状の導体路をそれぞれ備えている。プリント回路板
１８の製作プロセスにおいては、装備後に電子的構成素
子はシュワル（Ｓｃｈｗ−Ａｌｌ）浴内でプリント回路
板１８の導体路とろう付けされる。この場合プリント回
路板１８に挿入された金属チープＩＴは同時にリング状
の導体路にも電気的および機械的に確実に接続される。
従ってプリント回路板１８は第１の組立面Ｅ１となる。
この第１の組立面Ｅ１上の別の組立面Ｅ２に電流導体２
１および２２と変流器２とが配置されている。

電流導体２１はサイリスタＴ１、Ｔ３およびＴ５の陽極
を結び、電流導体２２はサイリスタＴ２、Ｔ４およびＴ
６の陰極を結ぶ。金属チューブＩＴはこの場合一方では
支持体および間隔保持体として、他方ではそれ自身導電
素子として役立っている。電流導体２１および２２の金
属チューブＩＴへの固定は、金属チューブ自身を構成素
子１０の端子１２、１３、１４ど接続するボルト２３に
より行われる。電流導体２１および２２は端部に端子孔
Ａ１およびＡ２を変換器構成ユニツトの出力端として備
え、このユニツトには負荷を接続することができる。一
方では三相端子Ｅに、他方では直列に接続されたそれぞ
れ２つのサイリスタ例えばＴ１およびＴ２に属する、第
２図の後方にある金属チーブ１７は、電流導体面Ｅ２に
対して僅か高く配置されているブッシング形変流器２の
支持素子として役立つ。

本発明によれば、すべての主要な電気的および機械的機
能素子を自己支持するようにまとめたコンバクトな変換
器構成ユニツトを使用することができる。

かかる変換器構成ユニツトは完全に予め製作し、設置個
所に僅かの費用で、例えば電気駆動装置の給電ユニツト
のような完全な変換器を構成するために挿入することが
できる。この変換器構成ユニツトはそのコンパクト性を
保ちながら組立および保守が容易である。コンパクトな
構造の結果として、通常の分離された構成に比して電気
的配線が短縮され、著しく簡単になう、しかも故障する
ことが極く僅かである。空間的な配置と、自己支持構造
により、本発明による変換器構成ユニツトの重量および
容積は、通常の装置に比して８０ないし９０よ減少する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はサイリスタ構成ユニツトのプロック接続図、第
２図は本発明によシ構成された変換器構成ユニツトの斜
視図、第３図は第２図の−線に沿う変換器構成ユニツト
の断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 各交流相に対し少なくとも２つの半導体弁を備え、
   前記半導体弁が熱的には良導性、電気的には絶縁性の接
   触面を有し、この接触面とは反対側に内面ねじを有する
   半導体弁の電気端子を設けた複数の構成素子において、
   前記複数の構成素子のそれぞれ共通の電気端子が一直線
   に並ぶように構成素子を並列に設け、前記複数の構成素
   子の接触面に共通な冷却体を接続し、プリント回路板の
   貫通個所に金属チューブを電気的および機械的に接続し
   、前記構成素子の上にプリント回路板を配置し、さらに
   プリント回路板の上部に金属チューブを機能に適応して
   接続する電流導体と変流器とが配置され、ねじ結合によ
   り半導体弁の電気端子に前記金属チューブが押付けられ
   ていることを特徴とする変換器構成ユニット。