专利名称：母线间内置电容器、电力设备以及电力变换装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及母线间内置电容器、电力设备以及电力变换装置。
背景技术：
能够向电路快速地提供电能的电容器例如被用于逆变器(例如高压逆变器等)、断路器、变压器、高压电源等多种多样的电力设备中。另外，电容器根据其内部结构的不同和电压等级、用途、被设置的电力设备的种类等，其规格完全不同。例如，在高压逆变器中，通常在逆变器(逆变器盘)、构成该逆变器的逆变器单元的内部根据电压等级而设置有铝电解电容器、薄膜电容器等的平滑电容器。另外，也有时具备有缓冲电容器。高压逆变器等的逆变器通常具有绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor ;下面适当称为“IGBT”。)、和经由母线而电连接到IGBT的平滑电容器。特别是，在逆变器为高压逆变器的情况下，平滑电容器成为大型的电容器，因此在逆变器内占据大的体积比例。除此之外，为了避免在通常设置于平滑电容器与IGBT之间的母线间、或者母线与接地框(即构成逆变器的壳体)之间产生绝缘破坏，需要一定程度的空间距离。另外，为了浪涌抑制(即跳跃电压的下降)而通常在IGBT附近配置缓冲电容器。然而，缓冲电容器的成本高，希望实现低成本化(即低电容化)。因此，专利文献I记载有构成缓冲电路的电容器、即高介电性的板状树脂紧贴在母线的相对区域而设置的电容器。专利文献1:日本特开2008-295227号公报
发明内容
专利文献I所述的电容器是如上述那样构成缓冲电路的电容器，与较低的电压(具体地说为约200V以下)相对应。因而，构成该电容器的母线间的间隔狭窄。另外，设置在母线间的是树脂，介电常数依然低。因此，根据上述专利文献I所述的技术，虽然能够减小或削减缓冲电容器等的低电容低电压的小型电容器，但是设置在母线间的电容器依然是电容量小的电容器，因此对于减小或削减平滑电容器等的高电容高电压的大型电容器来说，上述专利文献I所述的技术不充分。本发明是为了解决上述的问题而作出的，其目的在于提供一种能够将用于高压逆变器等的大型电容器进行小型化或者削减的母线间内置电容器、电力设备以及电力变换装置。本发明人为了解决上述的问题而专心研究的结果，发现通过在母线间设置具有特别高的介电常数的高介电材料能够提供母线间内置电容器、电力设备以及电力变换装置。根据本发明，能够提供一种能够将用于高压逆变器等的大型电容器进行小型化或者削减的母线间内置电容器、电力设备以及电力变换装置。本发明的其它的目的、特征以及优点将通过与附图有关的下面的本发明的实施例的记载而加以明晰。
图1是示意性地表示设置有第I实施方式的母线间内置电容器的母线的图。图2是示意性地表示用于第I实施方式的母线间内置电容器中的电极的结构的图。图3是示意性地表示用于第I实施方式的母线间内置电容器中的电极的结构的变形例的图。图4是示意性地表示用于第I实施方式的母线间内置电容器中的电极的结构的变形例的图。图5是示意性地表示第I实施方式的母线间内置电容器的设置方法的一个例子的图。图6是示意性地表示第I实施方式的母线间内置电容器的变形例的图。图7是示意性地表示具备有本实施方式的母线间内置电容器的逆变器的内部结构的图。图8是示意性地表示图7所示的逆变器所具备的逆变器单元的内部结构的图。附图标记说明1:上母线；2:下母线；3:母线间内置电容器；4:绝缘体；5:上电极；5a:上内部电极(内部电极);6:下电极；6a:下内部电极(内部电极)；7:高介电材料；8:绝缘体；30:逆变器单元；331 =IGBT ；332:冷却风扇；334:空气过滤器；339:平滑电容器；991:逆变器盘(逆变器)；992:单元室；993:风扇；994:通风管道；995:主电路室；996:控制部。
具体实施例方式下面，参照附图详细地说明用于实施本发明的方式(下面，适当称为“本实施方式”。)的母线间内置电容器的一个具体例，但是本实施方式不限于下面的内容，能够在不超出其主旨的范围内任意地变更而实施。[1.母线间内置电容器]图1是示意性地表示设置有第I实施方式的母线间内置电容器的母线的图。如图1所示，第I实施方式的母线间内置电容器3设置在一对相对置的母线、即上母线I与下母线2之间。并且，第I实施方式的母线间内置电容器3包含在25°C下施加1000V的电压时的相对介电常数为50以上的高介电材料而成。另外，在图1所示的第I实施方式中，在上述一对相对置的母线(上母线I与下母线2)之间设置有多个母线间内置电容器3，在该多个母线间内置电容器3之间设置有绝缘体4。(高介电材料)第I实施方式的母线间内置电容器3包含高介电材料而成。这种高介电材料的相对介电常数如上述那样在25°C下施加1000V的电压时的值为50以上，但是优选是500以上、更优选是2000以上。在相对介电常数过低的情况下，包含这种介电材料的母线间内置电容器不耐高压，存在引起绝缘破坏的可能性。另外，通常也存在变得无法将作为大容量的大型电容器的平滑电容器进行小型化或者削减的可能性。作为这种高介电材料的具体的例子，可举出钛酸钡(BaTiO3)、氧化锌添加碳化硅(ZnO添加SiC)、钛酸锶(SrTiO3)等。即第I实施方式的母线间内置电容器3适合具有与所谓陶瓷电容器相同的材料，其中优选是钛酸钡以及氧化锌添加碳化硅。此外，高介电材料既可以单独使用I种，也可以以任意的比率以及组合来使用2种以上。(电极)第I实施方式的母线间内置电容器3除了上述的高介电材料之外通常还包含电极。电极的具体的结构没有特别限制，但是通常具有与上母线I相接的上电极、以及与下母线2相接的下电极。并且，在上电极与下电极之间夹持高介电材料。上电极以及下电极之间的距离没有特别限制，但是在过度短的情况下有时会引起短路，在过度长的情况下存在母线间电容器的电容量下降的可能性。因而，通常为0.02mm以上、优选为0.05mm以上，另外通常希望设为0.5mm以下。这样，例如在高压逆变器等中所施加的电压是高压，因此为了防止绝缘破坏而将电极间距离设置得长是特别重要的。如果将电极间距离设置得长则电容量减少，但是根据本实施方式的母线间内置电容器3，在这样长的距离时在母线间内置电容器3中也能够确保充分大的电容量。另外，在上电极以及下电极中优选设置梳齿状结构的内部电极。图2是示意性地表示用于第I实施方式的母线间内置电容器3中的适合的电极的结构的图。如图2所示，作为适合用于第I实施方式的母线间内置电容器3中的电极，适合是具有与上母线(在图2中未图示。)相接的上电极5、与上电极5垂直连接的上内部电极5a、以及与下母线(在图2中未图示。)相接的下电极6、与下电极6垂直连接的下内部电极6a的电极。并且，上电极5与下电极6之间设置有高介电材料7。此外，上内部电极5a以及下内部电极6a都不需要必须垂直于上电极5以及下电极6而设置，也可以大致垂直地设置。另外，如图3所示，上内部电极5a以及下内部电极6a也可以相对于上电极5以及下电极6平行地设置。其中，在这种情况下，上内部电极5a以及下内部电极6a也不需要必须平行，也可以是大致平行。这样，通过设置由上内部电极5a以及下内部电极6a构成的内部电极，能够将内部电极与高介电材料7的接触面积设得大，能够将母线间内置电容器3的电容量设为更大。其结果，能够将大型的平滑电容器设为更小型、或削减。但是，当考虑与上母线I以及下母线2之间的距离相比横向(即平行于母线与上电极5和下电极6的接触面的方向)的长度更长时，从能够进一步增加层叠数的观点出发，作为电极的结构特别优选图2所示的结构。另外，例如图4所示，也可以在上电极5与下内部电极6a之间、以及下电极6与上内部电极5a之间设置绝缘体8。作为这种绝缘体8,除了与后述的绝缘体4相同的绝缘体之外，钛酸钡与锰的混合物等也可以，只要根据照施加在上母线I以及下母线2上的电压来适当决定绝缘体的种类即可。并且，通过将这种绝缘体8设置在上电极5与下内部电极6a之间、以及下电极6与上内部电极5a之间，能够更可靠地防止接近的这些电极之间的短路。(整体结构)如图1所示，第I实施方式的母线间内置电容器3在上母线I与下母线2之间被夹持多个，而且相相邻的母线间内置电容器3彼此之间被绝缘体4密封。作为这种绝缘体，如果绝缘电阻高就没有特别限制，例如可举出绝缘性的树脂。作为树脂的具体的种类，例如可举出环氧树脂、纤维强化塑料(Fiber Reinforced Plastics (FRP))、不饱和聚酯、酌.醒树脂等。作为绝缘体既可以单独使用I种，也可以以任意的比率以及组合来使用2种以上。并且，例如通过将树脂等的绝缘体4设置在母线间内置电容器3之间，能够防止母线间内置电容器3的端部彼此之间的沿面放电。另外，如图5所示，例如制作由母线间内置电容器3和绝缘体4构成的母线间内置电容器单元9，将母线间内置电容器单元9排列在下母线2上，在排列了规定数量之后使上母线I从上部进行接触(接合)，由此能够容易地制造夹持有由绝缘体4进行密封的母线间内置电容器3的一对相对置的母线。另外，通过设为这种结构，在母线间内置电容器3发生故障时等，只要仅更换该故障的母线间内置电容器3即可，维护容易，另外还有能够廉价地进行更换这样的优点。另外，通过这样设置多个母线间内置电容器，不论具有哪种长度、厚度的母线都能够恰当地设置母线间内置电容器。因而，能够提高母线间内置电容器的通用性，进而还能够削减实现母线间内置电容器的制造成本。特别是，在母线的横方向的长度长的情况下，有时难以设置单一的母线间内置电容器(即单一的高介电材料)，在这种情况下，根据被分割了的第I实施方式的母线间内置电容器，处理也容易，因此能够容易地设置。但是，如上所述，第I实施方式的母线间内置电容器3是在一对相对置的母线间包含有在25°C下施加了 1000V的电压时的相对介电常数为50以上的高介电材料的电容器。因而，不需要必须在一对母线间设置多个母线内置电容器3，也可以设为设置单一的母线间内置电容器的结构。图6是示意性地表示第I实施方式的母线间内置电容器3的变形例的图。在图6所示的例子中，单一的母线间内置电容器3横贯上母线I以及下母线2的全域而设置。另夕卜，母线间内置电容器3的端部配置在上母线I以及下母线2的端部的更外侧。通过这样配置，能够更可靠地防止上母线I以及下母线2的端部中的沿面放电。此外，在图6所示的例子中，母线间内置电容器3的端部成为高介电材料本身，但是例如也可以如下:在母线间内置电容器3的端部设置绝缘体，该绝缘体的端部配置在上母线I以及下母线2的端部的更外侧。另外，在图1 图6所示的例子中，作为上母线I以及下母线2而表示了弯曲的母线，但是上母线I以及下母线2不限于弯曲的母线，也可以是例如后述的图8所示那样的平板状的母线。在这种情况下，也能够获得与本实施方式的基本例相同的效果。[2.电力设备以及电力变换装置]本实施方式的电力设备是具备有提供电力的一对相对置的母线的电力设备，在所述母线间设置有在25°C下施加了 1000V的电压时的相对介电常数为50以上的高介电材料。本实施方式的电力设备中的具体的结构没有特别限制，但是本实施方式的电力设备所具备的母线以及高介电材料与在上述[1.母线间内置电容器]中所记载相同，因此省略其说明。另外，本实施方式的电力变换装置是具备开关元件、具备有向该开关元件提供电力的一对相对置的母线的电力变换装置，在所述母线间设置有在25°C下施加了 1000V的电压时的相对介电常数为50以上的高介电材料。图7中示意性地表示作为本实施方式的电力变换装置的具体例的逆变器盘991的内部结构。此外，图7所示的逆变器盘991的外壁通常是金属壳体，因此具有不透过性，不能从外部观察内部结构，但是在图7中为了说明的方便而将内部结构可视化而表示。作为图7所示的电力设备的逆变器盘991在单元室992内具备具有本实施方式的母线间内置电容器的逆变器单元30，而且至少包括风扇993、通风管道994、主电路室995以及控制部996。如上所述，逆变器盘991通常由金属壳体构成。构成逆变器盘991的壳体的金属的种类没有特别限制，例如使用不锈钢、铁等。此外，构成逆变器盘991的壳体的金属既可以只是I种，也可以任意地组合2种以上。单元室992具备逆变器单元30，该逆变器单元30能够插拔。在图7中，将收纳在单元室992内的逆变器单元30的数量设为3个，但是收纳的逆变器单元30的数量不限定为3个。另外，为了向逆变器单元30内送入风，在单元室992中设置有与通风管道994(后述)连通的开口部(未图示)。并且，通过该开口部，通风管道994内的空气被送入到逆变器单元30内。而且，在单元室992的内部设置有未图示的直流母线以及控制布线等。风扇993经由通风管道994向逆变器单元30送入风。另外，风扇993还向后述的主电路室995送入空气。风扇993的具体的结构没有特别限制，另外设置在逆变器盘991的风扇993的数量也不限制为图7中图示的2个。另外，其设置场所也没有特别限制，但是通过不是设不是针对每个逆变器单元30设置而是综合设置在逆变器盘991的上部，从而能够实现装置的简化以及省空间化，而且具有在风扇发生故障的情况下容易替换发生故障的风扇这样的优点。通风管道994成为用于将由风扇993取入的空气送风到各逆变器单元30的通风路径。另外，在主电路室995以及控制部996中分别设置有未图示的各种电源以及控制布线等，通过这些来驱动各逆变器单元30。接着，参照图8说明逆变器单元30。图8是示意性地表示图7所示的逆变器盘991所具备的逆变器单元30的内部结构的图。在图8中也与图7同样地，为了说明的方便而将其内部结构可视化而表示。图8所示的逆变器单元30具备有:夹持了本实施方式的母线间内置电容器(即在一对相对置的母线间包含在25°C下施加了 1000V的电压时的相对介电常数为50以上的高介电材料而成的电容器)3的上母线I以及下母线2(即这些母线成为一对相对置的母线。)、连接于上母线I和下母线2的IGBT331、设置在IGBT下部的风扇332、空气过滤器334、以及连接于上母线I和下母线2的平滑电容器339。由上母线I以及下母线2构成的母线由导电性的金属构成，成为从设置在上述的逆变器盘991的控制部996等的电力供给源向后述的IGBT331提供电力的电力供给通路。IGBT331是半导体的开关元件，经由上述的母线而被提供电力。作为IGBT331，能够使用公知的任意的IGBT。并且，在IGBT331的下部设置有作为将从IGBT331产生的热进行散热的冷却风扇的风扇332。空气过滤器334是通过上述的通风管道994的空气被取入逆变器单元30内时所通过的单元。通过空气过滤器334，能够从取入到逆变器单元30内的空气中去除尘埃等。在上述的控制部996等的电力供给源与IGBT331之间设置有连接于母线的平滑电容器339。平滑电容器339蓄积电荷，通过所蓄积的电荷来进行上述的IGBT331的开关。作为平滑电容器339例如能够使用铝电解电容器、薄膜电容器，只要适当使用公知的平滑电容器即可。另外，它的形状也是任意的，例如能够使用箱型、圆柱形状等。
[3.总结]根据本实施方式的母线间内置电容器，能够将用于高压逆变器等的电力变换装置、电力设备中的大型电容器小型化或者削减。即本实施方式的电力变换装置、电力设备具备有上述的母线间内置电容器，因此不减少电力变换装置、电力设备整体中的电荷的蓄积量就能够将平滑电容器等的大型电容器小型化或削减。其结果，能够实现电力变换装置、电力设备整体的小型化。上述记载是关于实施例进行的，但是本发明不限于此，对本领域技术人员来说，显然能够在本发明的精神和所附的权利要求范围内进行各种的变更以及修正。
权利要求
1.一种母线间内置电容器，设置在一对相对置的母线间，该母线间内置电容器的特征在于， 包含在25°C下施加了 IOOOV的电压时的相对介电常数为50以上的高介电材料。
2.根据权利要求1所述的母线间内置电容器，其特征在于， 与所述一对相对置的母线中的一条母线电导通的梳齿状结构的内部电极设置在所述一对相对置的母线间， 在所述内部电极间设置有所述高介电材料。
3.根据权利要求1所述的母线间内置电容器，其特征在于， 所述高介电材料是钛酸钡和/或者氧化锌添加碳化硅。
4.根据权利要求2所述的母线间内置电容器，其特征在于， 所述梳齿状结构的内部电极相对于所述一条母线平行、大致平行、垂直或者大致垂直地设置。
5.根据权利要求2所述的母线间内置电容器，其特征在于， 在所述梳齿状结构的内部电极的前端部、与所述一对相对置的母线中的另一条母线之间设置有绝缘体。
6.根据权利要求1所述的母线间内置电容器，其特征在于， 所述母线间内置电容器的端部、或者设置在该端部的更外侧的绝缘体的端部配置在所述母线的端部的更外侧。
7.根据权利要求1所述的母线间内置电容器，其特征在于， 所述母线间内置电容器在所述一对相对置的母线间设置有多个。
8.根据权利要求7所述的母线间内置电容器，其特征在于， 在多个所述母线间内置电容器中，在相邻的所述母线间内置电容器之间设置有绝缘体。
9.一种电力设备，具备提供电力的一对相对置的母线，该电力设备的特征在于， 在所述母线间设置有在25°C下施加了 1000V的电压时的相对介电常数为50以上的高介电材料。
10.一种电力变换装置，具备开关元件、以及向该开关元件提供电力的一对相对置的母线，该电力变换装置的特征在于， 在所述母线间设置有在25°c下施加了 1000V的电压时的相对介电常数为50以上的高介电材料。
全文摘要
本发明提供一种能够将用于逆变器等中的电容器小型化或者削减的母线间内置电容器、电力设备以及电力变换装置。能够提供一种母线间内置电容器、电力设备以及电力变换装置，作为设置在一对相对置的母线间的母线间内置电容器，包含在25℃下施加了1000V的电压时的相对介电常数为50以上的高介电材料而成，由此能够将用于逆变器等中的电容器小型化或者削减。
文档编号H01G4/005GK103180921SQ20118005145
公开日2013年6月26日 申请日期2011年10月11日 优先权日2010年10月28日
发明者吉武勇一, 加藤修治, 森田裕, 大嶽敦 申请人:株式会社日立制作所