JPS606545B2 - 整流装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、接触面を備えた少なくとも一つの導体整流素
子を具備する整流装置、特に大容量の整流装置であって
、前記整流素子はその綾触で、冷媒導溝を備えた両接触
体間に締めつけられ、前記接触体のうち一方は可動であ
って、ばね力により他方の接触体に圧力を及ぼし、前記
可動の接触体が結合導電体を介して対応する接続部材と
電気的に結合されている整流装置に関する。

許容定格電流は非常に高いが動作電圧の比較的低い特性
を有する今日市販されている半導体整流素子を備えた上
述のような大容量整流装置の好ましい適用分野は、例え
ば電解の分野や電力消費による加熱の分野である。もち
ろん定格電流が高いこと、及びそれに付随する現象は容
易には解決できない若干の構造的要件を生ずる。半導体
整流素子は接触体と接触体間に挟まれ、稀付けられるが
、これら接触体に種々の問題が起る。第１に、それら接
触体は整流素子への接触抵抗が小さい文句のない電気的
接触を保証するものであって、その接触抵抗はＫＡとい
うオーダーの電流を流し得るものでなければならない。
第２に、この電気的接触を保証するために、接触体が締
付力を受取ると共にこの締付力を整流素子に伝達可能な
ものでなければならす、この稀付力が不可避的な熱膨張
、各種部品の製造許容差、さらに部品間の磁気力に原因
して変化するのをできるだけ僅少にしなければならない
。第３に、接触体を、整流装置の作動中に電気エネルギ
ーの損失として不可避的に発生する熱が排出されるよう
な状態に置かなければならない。更に整流装置の全体的
構成として、電流路を短く、従ってインピーダンスをで
きるだけ４・さく保持するために、できるだけコンパク
トに設計すべきである。これらすべての要件を最適に満
そうとする場合、非常に高い電流のために、すべての導
電性接続体が全く大きな接触横断面を必要とすること、
並びに概して大型に構成されなければならないことが障
壁として挙げられる。冒頭に述べた種類の公知の整流装
置では、変形可能な俵続導体は、第１図に示すように、
一端が当該接触体１と面対面接触にてねじ止めされ、な
お同接触体１からは横方向に動かして外すことができ、
池端は変圧器二次巻線端の接続ブロック（図示せず）に
直接面対面接触でねじ止めされた厚さ数柳の銅薄板製接
続ブラケット２からなる。接触体１に対し直接に一重ね
の皿ばね３によって弾力を鞠方向にほゞその中心におい
て作用させるようにしてあるが、このため接続ブラケツ
ト２の接触体１と係合する端部には皿ばねを収容するた
めの眼（Ａｕ群）４が設けられている。接続ブラケット
２の両端がねじ止めされると、その自由な状態にある中
間部は不可避的な製造許容差や、また作動中に起きる熱
膨張に原因する不可避的な動きを補償するようにたわむ
ことができる。しかし接続ブラケツト２の横断面が定格
電流の大きいために著しく大きくされる場合、同ブラケ
ット２がたわむには無視できない力が必要である。この
力は皿ばね３の作用によって接触体１が受けるばね圧に
好ましからぬ非対称性をもたらし、その結果接触体１の
整流素子５に対する接触圧、従って接触抵抗の接触面に
おける分布が不均一となる。接続ブラケット２の操み性
を増大することはなるほど技術的には容易に実現可能で
あるが、しかし整流装置をコンパクトな設計にすること
を断念し、従って電流路の長くなることを蟻性にして始
めて可能なことである。従って従来技術における整流装
置は次のような問題を有する。すなわち、半導体整流素
子（制御可能なものも含む）は、一般に、少なくとも２
枚の金属シール体から成る実質的に偏平なケーシング中
に収納されたシリコンウェハを備えていて、それが動作
するときには、整流素子はその周囲に対して次のような
相互に関連のある三つの物理状態（作用）を満足する必
要がある。‘ａ｝ 電流は可能な限り低い接触抵抗でも
つて整流素子から導出されなければならない。‘ｂ｝
熱血諺張等による形状変化があるので、低接触抵抗を得
るために、整流素子は２つの金属接触体間に挟まれた状
態で機械的圧力を受けなければならない。

‘ｃ’更に、整流素子の内部抵抗により不可避的な熱の
発生があり、この熱を可能な限り排出して素子の過熱を
防がなければならない。

第１図に示すような従来の整流装億は上記作用を満足さ
せるような構成要素を備えているが、問題は、この要素
の同一位置または方向において電流導出、機械的圧力及
び熱排出の作用が行われている点にあり、このため、こ
れらの作用が互に影響し合って電流及び熱の導出抵抗に
悪影響を及ぼす。

本発明の目的は、１方の接触体において、三つの異なる
機能、即ち緒付力の賦与、接続導体への導電および損失
熱の排出が場所的に異なった位置で、相互に分れた手段
によって、有害な影響を互いに及ぼし合うことなく遂行
されるように改善された冒頭に述べた種類の整流装置、
特に大容量の整流装置を提供することである。

本発明によれば、以上の目的は接触面を備えた少なくと
も一つの半導体整流素子を具備する整流装置であって、
前記整流素子はその接触面で、袷煤導溝を備えた両接触
体間に締めつけられ、前記接触体のうち一方は可動であ
って、ばね力により他方の接触体に圧力を及ぼし、前記
可動の接触体が結合導電体を介して対応する接続部材と
電気的に結合されている整流装置において、前記可動な
援触体はピストン状に形成され、前記対応する接続部材
において円筒形状に形成されている空間に半径方向の遊
隙をおいて配置され、かつ前記可動な接触体の周面が前
記空間の内壁に向かって延びる前記半径方向の遊隙を橋
絡する前記結合導電体によって囲まれていること、及び
前記可動な接触体の前記冷煤導溝は前記結合導電体に関
して位置をずらして前記可動な接触体の周面に形成され
、前記接続部材に存する冷媒導溝とシールされた状態で
結合されていること、を特徴とする整流装直によって達
成される。

本発明による整流装置の種々の特長は後述する特許請求
の範囲における従属項において詳細に定義される。

次に、本発明の詳細を実施例につき添付図面を参照して
説明する。

第２図、第３図および第５図の説明に入る前に「先ず整
流器を配備した回路につき第４図を参照して述べるのが
有利である。

それぞれ磁気的に分離された回路を有する三個の単相変
圧器１０，１１，１２があり、それらの一次巻線１３，
１４，１５はそれぞれ三相交流の各相Ｒ、Ｓ、Ｔに接続
され、Ｙ形結線をなしている。単相変圧器１０，１１，
１２の二次巻線１６，１７，１８は中間タップ１９，２
０，２１を有し、これらは相互に結合されて、整流器負
極、即ち接地電極を形成するレール３０に接続される。
二次巻線１６，１７，１８のそれぞれの両端は簡略化の
ためダイオードとして表した整流器ユニット２２〜２７
を介して整流器の正極を形成するレール３１に接続され
る。第４図の破線２８で囲んだ枠の部分は第２図および
第３図に図解され、また破線２９で囲んだ枠の部分の一
部が第５図に原理的に図解されている。ここに注意すべ
きことは、整流装置を構成する各整流器ユニット２２〜
２７はすべて原理的に同一の構造であって、それぞれ１
個または数個の並列に接続された半導体整流素子から成
っていることである。この理由から以下においては整流
素子１個について一整流器ユニットを説明することとす
る。第２図、第３図および第５図において、両レール３
０，３１は絶縁層３２を挟んで強靭なボルト３３とナッ
ト３４を用いＴ字状に組立てて堅く締められている。

この場合、第５図から分るように、ボルト３３は、何れ
も絶縁材からなる套管３５およびワッシャ−３６でレー
ル３１から電気的に絶縁されているが、他方、接地電位
にあるレール３０‘まボルト３３からもナット３４から
も絶縁されてはいない。ボルト３３またはそのフランジ
で上記２次巻線１６，１７，１８から出ている接続板と
しての中間タップにレール３０を直接接触させる働らき
をする−但しこれは図示されていない一。レール３１の
両側にそれぞれ３個の大きな接続ブロック３７，３８，
３９および４０，４１，４２が絶縁板４３，４４を挟ん
で固定されている。

この固定は各接続ブロックに対してそれぞれ３個宛のカ
バー部材４５〜４７、４８〜５０、５１〜５３、５４〜
５６、５７〜５９、６０〜６２により行われ、カバー部
材１個に付き４本のボルト６５をカバー部材の上から挿
込み、上記絶縁板４３，４４を貫通してレール３１の板
面にねじ込み、かくして各接続ブロックはしール３１に
固定される。各ボルトはそれぞれ絶縁材からなるワッシ
ャー６３と套管６４によって当該のカバー部材および接
続用ブロックから絶縁される。各カバー部材４５〜６２
は長方形に作られており、当該の後続ブロックとは絶縁
板６６によって電気絶縁される。このカバー部材によっ
て、当該接続ブロックにおいて形成され、絶縁中間板４
３または４４を貫いて延びる円筒状室６７が閉じられる
。この実施例では、接続ブロック１個につき３室宛同形
状で作られているが、第５図では右側部に唯１室だけが
図示してある。接続ブロック３７〜３９及び４０〜４２
の下面は第５図の下部に示されるレール３０の下面とは
同一面内にあり、これらは、各変圧器１０〜１２の二次
巻線１６〜１８の両端（接続板として形成されているが
図示せず）に対する接続ブロックとして働ら〈。接続ブ
ロック３７〜４２は接続ブロックを貫くボルト６８とナ
ットで第５図のように二次巻線の当該接続板に稀付けら
れる。各室６７には大電流半導体整流素子６９が納めら
れ、これは例えば市販されている、すなわち完全にカプ
セルに密封された円板状または環状の形状をもち、その
平らな面が電気接続のための接触面となる。

整流素子６９の一方の平面６９ａはぴったりと、接触体
として働らくレール３１の一方の板面７川こ接触してお
り、この板面７０１まこの場合にはしール３１の板面７
０側に設けられたすべての整流素子に対する標準面とし
て働らく。

同じことが、レール３１の対向板面に関して、接続ブロ
ック４０，４１，４２において設けられた、全体で９個
の整流素子についても言える。整流素子６９のもう一方
の逆側面６９ｂは室６７内で半径方向の遊隙を置いて配
置されピストン状に作られた接触体７２とぴったりと接
触している。接触体７２の整流素子群とは対向していな
い側には中央にばね室７３およびこれと同軸の案内穴７
４が設けられている。ばね室７３内には、一端がばね室
７３の底部７３ａで、池端が案内穴７４を滑動自在なピ
ン７７のヘッド７６で支承される一組の皿ばね７５が納
められている。ヘッド７６には円錐形穴７８が設けてあ
り、他方カバー部材４５の中央にあるねじ穴８２にねじ
込まれた調節ねじ８１の内端にやはり円錐形穴８１が設
けてあり、両円錐穴で球７９が侠持されている。これに
より接触体７２は調節ねじ８１のねじ込み深さに応じて
整流素子６９に押圧される。しかもその局面と室６７の
内壁間とに遊隙があるので接触体の姿勢を直し得るよう
になっており、その結果整流素子６９の各接触面の整列
誤差、及びその厚さ許容差の補償が可能である。かくし
て、構造的要件の一つ、即ち整流素子６９に均一にかか
る適当な機械的縦付力という構造的要件が満たされる。
今や、接触体７２と接続ブロック３７間に高負荷に耐え
得る満足すべき電気的接触を形成することが可能となる
。

この目的のために、接触体７２の周面に外方に開いた浅
い条溝８３が設けてあり、この条溝に薄板式（ラメラ式
）接触リング８４を鉄込んで、接触体７２と室６７の内
壁間の遊隙を橋絡する。接触リング８４は接触バンド８
５を輪状に曲げたもので、その接触バンド８５の一部が
第６図に示されている。

多数の薄板片を（Ｌａｍｅｌｉｅ）を有するこのような
接触リングは市販されている。第６図から分るように、
接触バンド８５は金属バンド８６に一連の１字状カット
加工を行ない、バンド８６の長軸に対し垂直方向に延び
かつバンド８６面に対して約４０〜４５額斜させた一連
の薄板片（いｍｅｌｌｅ）８７を形成したものである。
しかし薄板片８７の両端はトーション・ばねとして働く
ウェブ１２５を介してバンドの両側縁８８，８９と結合
したままである。接触バンド８５はその材料として弾力
性を備えた良導電体材料、例えばベリリウム−ブロンズ
が推奨されるが、特に表面を銀〆ツキまたは金メッキす
ることが好ましい。バンド８５をリング状に曲げ接触リ
ング８４として取付けた場合、各薄板片８７は弾性で幾
らか元に戻ろうとして溝８３、従って接触体７２にも、
さらに室６７の内壁、従って接続ブロック３７にも確実
に係合する。各薄板片８７は室６７にその母線に沿って
接触しているので、接触体７２の室６７内における鼠方
向運動は、それが摩擦係合（Ｒｅｉ戊ｃｈｉ低ｓｅ）に
打勝つて行なわなければならない時でさえ、保証される
。しかし、軸方向に働く摩擦力が接触体７２の軸の周り
に均一に分布して、即ち非対称的な接触力が生じないこ
とが注意されるべきである。また電気的接触は満足すべ
きものであり、接触抵抗は最低である。電流は個々の薄
板片を通って横に流れ、その有効 伝 達 横 断 面
積（ ａｋｔｉｖｅｒｄはｒＵａ則増ｓｑｕｅ岱ｃｈ
ｎｉｔｔ）はほ）、薄板片の長さとバンド厚の積に相当
する。

なお、接触リング８４は、薄板片群８７が、既述のよう
に弾力的にバンド面内において元に戻ろうとするので、
その半径方向厚さにおいて容易に圧縮し得る。かくして
、第２の要件、即ち接触体７２と接続フロック３７間の
満足すべき電気的接触の要件が圧鞍力を生ずる手段に本
質的な損傷を与えることなしに充足される。

整流に際して電気エネルギーの損失となる熱発生は実際
上不可避であり、この発生熱を除去するために、レール
３川こも３１にも、冷媒回路に詳細に図示しない方法で
接続される冷煤導溝９０または９１が設けられる。

各接続ブロック３７〜４２にも、第５図に示すように、
ニップル孔９２，９３（第２図）を経て（やはり図示し
ていない）冷煤回路に通じ得る袷煤導溝９４，９５が設
けられており、これら導溝は半径方向孔９６，９７を介
してそれぞれ室６７と、および接触体７２の周面に設け
られ、外部に向って開いているリング状導溝９８とに通
じている。

導溝９８は、接触体７２と室６７の内壁間の遊隙を橋絡
（ブリッジ）するシール材９９によって密封されている
。ここに冷媒の流れる導溝９８が接触体７２の端面７１
、即ち整流素子６９との接触面と接触リング８４との間
に設けられていることに留意すべきで、このようにした
ことによって端面７１において発生する、ないいまこれ
から吸収される熱は、接触リング８４の接触部位に影響
し得る前に導溝９８を流れる冷煤によって十分に導出さ
れる。逆に、接触リング８４の接触部位で発生する熱は
−導溝９５を流れる冷蝶で排除されない限りは−接触体
７２の端面７１の温度に本質的に影響する前に導溝９８
を流れる冷媒によって排除される。かくして第３の要件
である発生熱の排除の要件も満足に解決された。以上か
ら次のようにまとめ得る。

即ち発生熱の排除および電流は接触体７２に関して半径
方向にかつ接触体７２の全周面に分布するが、種々の面
において行われ、他方緒付け力のみは鞠方向にもたらさ
れる。この場合発生熱の排出手段も、電流の伝達手段も
、さらに接触体７２からの、または同接触体への、或い
は同接触体に対する締め力も互いにほとんど影響し合う
ことはない。第５図および第６図を参照して述べた以上
の美施例では、接触体７２と接続ブロック３７とは多数
の薄板片を有する接触リング８４で接触されている。

このような接触リングはその構造が簡単なため特に有利
である。リング８４により得られる高い摩擦係合につい
ては既に述べた。このような摩擦係合は、接続ブロック
３７と接触体７２との電気接続が第７図に概略的に示し
たように行われるならば避け得る。この場合、接触体７
２の周面と室６７の内壁との間におけるリング状室１０
０は、それらの間の遊隙を橋絡する２個のシール材１０
２で鞠方向にて限定される。このリング状室は低温度で
融解する共雛混合物１０３、例えばＢｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、
Ｃｄ、Ｈｇ、ｌｎ、Ｇａから選ばれた共費虫系で満され
る。このような共融混合物は約１５午○付近の温度、即
ち大体室温では流動状態であり、この状態では、接触抵
抗は非常に低く、この場合摩擦係合は無くなる。このよ
うな「流動性」の電気接続体は、リング状室１００の容
積が室６７における接触体Ｔ２の藤方向位置および半径
方向位置とに無関係に一定であることから、本例の場合
特に好適である。上述の実施例では整流素子をダイオー
ドとしたが、本発明による整流装置の整流素子として、
制御整流素子、例えば制御シリコン整流器を用い得るこ
とは自明の通りである。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の整流装置の斜視図、第２図は本発明の実
施例による大容量整流装置の側面図、第３図は同平面図
、第４図は同結線図、第５図は第３図のＷ−Ｎ線に沿っ
た拡大断面図、第６図は第５図に示されている変形可能
な結合導電体の一部を展開した状態の斜視図、および第
７図は作動中流動状態である結合導図体の変形例を示し
たものである。 なお図面に用いられた符号において、３７〜４２は接続
ブロック、６７は円筒状室、６９は整流素子、６９ａ，
６９ｂは整流素子の接触面、７２は接触体、８４は薄板
式接触リング、９８は導溝、１０３は共敷混合物である
。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 接触面を備えた少なくとも一つの半導体整流素子を
   具備する整流装置であって、前記整流素子はその接触面
   で、冷媒導溝を備えた両接触体間に締めつけられ、前記
   接触体のうち一方は可動であって、ばね力により他方の
   接触体に圧力を及ぼし、前記可動の接触体が結合導電体
   を介して対応する接続部材と電気的に結合されている整
   流装置において、前記可動の接触体はピストン状に形成
   され、前記対応する接続部材において円筒形状に形成さ
   れている空間に半径方向の遊隙をおいて配置され、かつ
   前記可動の接触体の周面が前記空間の内壁に向かって延
   びる前記半径方向の遊隙を橋絡する前記結合導電体によ
   って囲まれていること、および、前記可動の接触体の前
   記冷媒導溝は前記結合導電体に関して位置をずらして前
   記可動の接触体の周面に形成され、前記接続部材に存す
   る冷媒導溝とシールされた状態で結合されていることを
   特徴とする整流装置。 ２ 前記可動の接触体は前記空間内を一定限界内で姿勢
   を変え得るように支承され、皿ばねおよびボール・ソケ
   ツト型ジヨイントを介して、前記接続部材に固定された
   部材によって支承された特許請求の範囲第１項に記載の
   装置。 ３ 前記結合導電体が前記可動の接触体の周面および前
   記円筒状空間の内壁面に係合する複数個の薄板片を有す
   る接触リングである特許請求の範囲第１項に記載の装置
   。 ４ 前記薄板片が前記可動の接触体にも前記空間の内壁
   にも、前記ばね力の作用に平行な線に沿って係合する特
   許請求の範囲第３項に記載の装置。 ５ 前記円筒状空間の前記整流素子とは反対側端がカバ
   ー部材で閉じられ、このカバー部材に、前記ボール・ソ
   ケツト型ジヨイントの一部をなす調節ねじがねじ込まれ
   る特許請求の範囲第２項に記載の装置。 ６ 前記可動の接触体と前記円筒状空間との間にシール
   材により密封されるリング状室内に低融点の共融混合物
   を充填することによって前記結合導電体を形成した特許
   請求の範囲第１項に記載の装置。 ７ 前記可動の接触体の冷媒導溝を接触体の前記整流素
   子の対向面と前記結合導電体との間に配置する特許請求
   の範囲第１項に記載の装置。 ８ 前記可動の接触体の冷媒導溝が、接触体の周面に設
   けられ、外方へ開いたリング状導溝であって、その両側
   で前記円筒状空間の内壁をシールで密封した特許請求の
   範囲第１項〜第７項のうちいずれか一項に記載の装置。