JP2000138341A

JP2000138341A - 電力変換装置

Info

Publication number: JP2000138341A
Application number: JP30823398A
Authority: JP
Inventors: Michiyoshi Sonoda; 道吉園田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1998-10-29
Publication date: 2000-05-16
Anticipated expiration: 2018-10-29
Also published as: JP3447230B2

Abstract

(57)【要約】【課題】インダクタンスの低減を図ると共に装置自体
の小型化が可能な電力変換装置を得ることである。【解決手段】インバータ装置またはコンバータ装置に
おける各相の直列接続されたＰ側素子４Ｕ１〜４Ｕ４と
Ｎ側素子４Ｘ１〜４Ｘ４とが接続される直流母線のＰ母
線とＮ母線とは近接して平行に配置される。従って、Ｐ
母線とＮ母線とは相互に磁束を打ち消し合いインダクタ
ンスを減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機に可変周波
数の電源を供給するための電力変換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電動機に可変周波数の電源を供
給するための電力変換装置は、直流電源を所定の周波数
の交流に変換し負荷である電動機に供給するものであ
る。直流電源が直接得られないときは、コンバータ装置
を設け交流電源から直流電源を得るようにしている。

【０００３】図８は、３相交流電源１からの電源をコン
バータ２で直流電源に変化し、その直流電源をインバー
タ装置４で所定の周波数の電力に変換して電動機５を駆
動する電力変換装置の構成図である。

【０００４】コンバータ装置２では、３相交流電源１か
らのＲ相を半導体素子２Ｕと半導体素子２Ｘとの接続点
に、Ｓ相を半導体素子２Ｖと半導体素子２Ｙとの接続点
に、Ｔ相を半導体素子２Ｗと半導体素子２Ｚとの接続点
にそれぞれ入力し、３相交流を直流に変換する。コンバ
ータ装置２で変換された直流は、Ｐ母線およびＮ母線に
取り出され、このＰ母線とＮ母線に接続された平滑コン
デンサ３で平滑され、インバータ装置４に入力される。

【０００５】インバータ装置４では、コンバータ装置２
で変換された直流を、Ｐ母線およびＮ母線から入力し、
半導体素子４Ｕと半導体素子４Ｘとの接続点からＵ相
を、半導体素子４Ｖと半導体素子４Ｙとの接続点からＶ
相を、半導体素子４Ｗと半導体素子４Ｚとの接続点から
Ｗ相をそれぞれ取り出し、負荷である電動機５に出力す
るようになっている。半導体素子としては、例えばＩＧ
ＢＴが用いられる。

【０００６】ここで、各々の半導体素子２Ｕ〜２Ｚ、４
Ｕ〜４Ｚは、一般に、複数個の半導体素子で構成され、
接続導体を介して種々の接続構成が採用されている。図
９は、インバータ装置４の１相分の半導体素子（Ｐ側素
子）４Ｕおよび半導体素子（Ｎ側素子）４Ｘの構成図の
一例である。この図９に示す半導体素子４Ｕ、４Ｘは、
それぞれ４個の半導体素子４Ｕ１〜４Ｕ４、４Ｘ１〜４
Ｘ４を直列接続して構成されたものを示している。

【０００７】各々の半導体素子４Ｕ１〜４Ｕ４、４Ｘ１
〜４Ｘ４は、エミッタ端子Ｅ、コレクタ端子Ｃ、ゲート
端子Ｇを有し、特に、図９では、半導体素子として、エ
ミッタ端子Ｅとコレクタ端子Ｃとの配置が相互に逆にな
ったコンプリメンタリ構成のものを示している。

【０００８】すなわち、半導体素子（Ｐ側素子）４Ｕ１
〜４Ｕ４は、ゲート端子Ｇの隣にエミッタ端子Ｅがあ
り、一方、半導体素子（Ｎ側素子）４Ｘ１〜４Ｘ４はゲ
ート端子Ｇの隣にコレクタ端子Ｃがある。従って、これ
らコンプリメンタリ構成の半導体素子４Ｕ、４Ｘは、エ
ミッタ端子Ｅとコレクタ端子Ｃとが対面する位置に配置
できるので、Ｐ側素子４ＵとＮ側素子４Ｘとの接続点か
ら取り出すＵ相母線（負荷母線）は、１本の母線で取り
出すことができるという利点がある。また、Ｐ母線はＰ
側素子４Ｕ１〜４Ｕ４のエミッタ端子Ｅを直列接続して
取り出され、Ｎ母線はＮ側素子４Ｘ１〜４Ｘ４のコレク
タ端子Ｃを直列接続して取り出される。

【０００９】図１０は、従来の電力変換装置を箱体に収
納した場合の説明図である。コンバータ装置２の半導体
素子２Ｕ〜２Ｚおよびインバータ装置４の半導体素子４
Ｕ〜４Ｚは、箱体６に収納され、その半導体素子２Ｕ〜
２Ｚ、４Ｕ〜４Ｚの下部には、平滑コンデンサ３が配置
されている。そして、箱体６の上部には、冷却装置７が
設けられ、半導体素子２Ｕ〜２Ｚ、４Ｕ〜４Ｚに冷却媒
体を供給して冷却するようになっている。また、箱体６
の上部及び下部には空気取入口８が設けられ、平滑コン
デンサ３からの熱や冷却装置７からの熱をファン９によ
り外部に放出するようになっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図９のよう
なコンプリメンタリ構成の半導体素子による電力変換装
置では、中央部にＵ相母線が位置し、その両側にＰ母線
とＮ母線とが位置することになるので、Ｐ母線とＮ母線
とが離れており、インダクタンスが大きくなる。

【００１１】また、エミッタ端子Ｅとコレクタ端子Ｃと
の配置が異なる２種類の半導体素子が必要であり、その
接続作業の際に適切な半導体素子を誤りなく選択して配
置し接続しなければならない。

【００１２】平滑コンデンサ３を箱体６の下部に設置し
ているので、その設置のためのスペースが箱体６の下部
に必要となり、電力変換装置の高さが高くなるだけでな
く、平滑コンデンサ３から半導体素子への接続の母線が
長くなる。母線が長くなることからインダクタンスも大
きくなり、それを抑制するためにスナバー回路の強化や
母線の大型化が必要になっている。

【００１３】本発明の目的は、インダクタンスの低減を
図ると共に装置自体の小型化が可能な電力変換装置を得
ることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
電力変換装置は、複数個の半導体素子を並列接続してイ
ンバータ装置またはコンバータ装置における各相のＰ側
素子およびＮ側素子を形成し、各々の前記Ｐ側素子およ
びＮ側素子を直列接続して、各々の前記Ｐ側素子のコレ
クタ端子を直流母線のＰ母線に接続し、各々の前記Ｎ側
素子のエミッタ端子を直流母線のＮ母線に接続し、各々
の前記Ｐ側素子のエミッタ端子と前記Ｎ側素子のコレク
タ端子との接続導体から負荷母線を取り出すようにした
電力変換装置において、前記Ｐ母線と前記Ｎ母線とを近
接して平行に配置したことを特徴とする。

【００１５】請求項１の発明に係わる電力変換装置で
は、インバータ装置またはコンバータ装置における各相
の直列接続されたＰ側素子とＮ側素子とが接続される直
流母線のＰ母線とＮ母線とは近接して平行に配置され
る。従って、Ｐ母線とＮ母線とは相互に磁束を打ち消し
合いインダクタンスを減少させる。

【００１６】請求項２の発明に係わる電力変換装置は、
請求項１の発明において、前記Ｐ母線から分岐して設け
られ平滑コンデンサのプラス極に接続するための分岐Ｐ
母線と、前記Ｎ母線から分岐して設けられ前記平滑コン
デンサのマイナス極に接続するための分岐Ｎ母線とを有
し、前記分岐Ｐ母線と前記分岐Ｎ母線とを近接して平行
に配置したことを特徴とする。

【００１７】請求項２の発明に係わる電力変換装置で
は、請求項１の発明の作用に加え、Ｐ母線から分岐して
設けられた分岐Ｐ母線と、Ｎ母線から分岐して設けられ
た分岐Ｎ母線は、近接して平行に配置される。従って、
分岐Ｐ母線と分岐Ｎ母線とは相互に磁束を打ち消し合い
インダクタンスを減少させる。

【００１８】請求項３の発明に係わる電力変換装置は、
１個の半導体素子でインバータ装置またはコンバータ装
置における各相のＰ側素子およびＮ側素子を形成し、前
記Ｐ側素子およびＮ側素子を直列接続して、前記Ｐ側素
子のコレクタ端子を直流母線のＰ母線に接続し、前記Ｎ
側素子のエミッタ端子を直流母線のＮ母線に接続し、前
記Ｐ側素子のエミッタ端子と前記Ｎ側素子のコレクタ端
子との接続導体から負荷線を取り出すようにした電力変
換装置において、前記Ｐ母線と前記Ｎ母線とを近接して
平行に配置したことを特徴とする。

【００１９】請求項３の発明に係わる電力変換装置で
は、インバータ装置またはコンバータ装置における各相
のＰ側素子およびＮ側素子を１個の半導体素子で形成す
るシングル構成とし、このシングル構成のインバータ装
置またはコンバータ装置におけるＰ母線とＮ母線とを近
接して平行に配置する。従って、Ｐ母線とＮ母線とは相
互に磁束を打ち消し合いインダクタンスを減少させる。

【００２０】請求項４の発明に係わる電力変換装置は、
請求項３の発明において、前記Ｐ母線の端部または分岐
して設けられ平滑コンデンサのプラス極に接続するため
の分岐Ｐ母線と、前記Ｎ母線の端部または分岐して設け
られ前記平滑コンデンサのマイナス極に接続するための
分岐Ｎ母線とを有し、前記分岐Ｐ母線と前記分岐Ｎ母線
とを近接して平行に配置したことを特徴とする。

【００２１】請求項４の発明に係わる電力変換装置で
は、請求項３の発明の作用に加え、Ｐ母線の端部または
分岐して設けられた分岐Ｐ母線と、Ｎ母線の端部または
分岐して設けられた分岐Ｎ母線とを近接して平行に配置
する。従って、分岐Ｐ母線と分岐Ｎ母線とは相互に磁束
を打ち消し合いインダクタンスを減少させる。

【００２２】請求項５の発明に係わる電力変換装置は、
請求項２または請求項４の発明において、前記平滑コン
デンサは、前記Ｐ側素子および前記Ｎ側素子の横方向に
配置されたことを特徴とする。

【００２３】請求項５の発明に係わる電力変換装置で
は、請求項２または請求項４の発明の作用に加え、平滑
コンデンサをＰ側素子およびＮ側素子の横方向に配置
し、高さ方向の大きさを低減する。

【００２４】請求項６の発明に係わる電力変換装置は、
請求項２または請求項４または請求項５の発明におい
て、前記平滑コンデンサを直並列接続する場合に、前記
平滑コンデンサをプラス極とマイナス極とを入れ替えて
直線上に配置し、前記分岐Ｐ母線および前記分岐Ｎ母線
側に位置するプラス極は前記分岐Ｐ母線に接続しマイナ
ス極は前記分岐Ｎ母線に接続し、前記分岐Ｐ母線および
前記分岐Ｎ母線の反対側に位置するプラス極およびマイ
ナス極は共通母線で接続するようにしたことを特徴とす
る。

【００２５】請求項６の発明に係わる電力変換装置で
は、請求項２または請求項４または請求項５の発明の作
用に加え、平滑コンデンサをプラス極とマイナス極とを
入れ替えて直線上に配置する。そして、分岐Ｐ母線およ
び分岐Ｎ母線側に位置するプラス極は分岐Ｐ母線に接続
し、マイナス極は分岐Ｎ母線に接続する。一方、分岐Ｐ
母線および分岐Ｎ母線の反対側に位置するプラス極およ
びマイナス極は共通母線で接続する。従って、平滑コン
デンサと直流母線（Ｐ母線およびＮ母線）との接続が容
易になる。

【００２６】請求項７の発明に係わる電力変換装置は、
請求項６の発明において、前記分岐Ｐ側母線に接続され
た前記平滑コンデンサのいずれか１個のプラス極の近傍
に、高速で応答するホールＣＴを取り付け、電流を検出
するようにしたことを特徴とする。

【００２７】請求項７の発明に係わる電力変換装置で
は、請求項６の発明の作用に加え、高速で応答するホー
ルＣＴを用意し、平滑コンデンサのいずれか１個のプラ
ス極の近傍における分岐Ｐ側母線との接続線を貫通して
取り付ける。これにより、そこに流れる電流を検出し、
監視に使用する。

【００２８】請求項８の発明に係わる電力変換装置は、
請求項１乃至請求項７の発明において、放熱ブロックの
両面に半導体素子が取り付け可能で、冷却媒体が気相と
液相との相変化を伴って熱交換を行う沸騰冷却器を設
け、前記沸騰冷却器の放熱ブロックの一方面には、前記
インバータ装置用のＰ側素子およびＮ側素子を取り付
け、その反対面には、前記コンバータ装置用のＰ側素子
およびＮ側素子を取り付けたことを特徴とする。

【００２９】請求項８の発明に係わる電力変換装置で
は、請求項１乃至請求項７の発明の作用に加え、インバ
ータ装置用のＰ側素子およびＮ側素子、コンバータ装置
用のＰ側素子およびＮ側素子は、熱効率の良い沸騰冷却
器の放熱ブロックにより適切に冷却され、インバータ装
置およびコンバータ装置をコンパクトに収納できる。

【００３０】請求項９の発明に係わる電力変換装置は、
請求項８の発明において、前記インバータ装置の各相の
Ｐ母線をまとめて接続するためのインバータ用共通Ｐ母
線と、前記インバータ用共通Ｐ母線の近傍に平行して設
けられ前記インバータ装置の各相のＮ母線をまとめて接
続するためのインバータ用共通Ｎ母線と、前記コンバー
タ装置の各相のＰ母線をまとめて接続するためのコンバ
ータ用共通Ｐ母線と、前記コンバータ容共通母線の近傍
に平行して設けられ前記コンバータ装置の各相のＮ母線
をまとめて接続するためのコンバータ用共通Ｎ母線とを
有し、前記インバータ装置と前記コンバータ装置間の接
続は、前記インバータ用共通Ｐ母線、インバータ用共通
Ｎ母線、コンバータ用共通Ｐ母線、コンバータ用共通Ｎ
母線を介して行うようにしたことを特徴とする。

【００３１】請求項９の発明に係わる電力変換装置で
は、請求項８の発明の作用に加え、インバータ装置とコ
ンバータ装置との間の接続は、ハイパターン線にて、イ
ンバータ用共通Ｐ母線、インバータ用共通Ｎ母線、コン
バータ用共通Ｐ母線、コンバータ用共通Ｎ母線を接続し
て行う。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本発明の電力変換装置におけるインバー
タ装置の１相分のＰ側素子４ＵとＮ側素子４Ｘとの配置
構成図であり、図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は
図１（ａ）のI−I線での断面図である。

【００３３】半導体素子４Ｕ１〜４Ｕ４は、直流母線の
プラス母線（Ｐ母線）側に接続されるＰ側素子であり、
半導体素子４Ｘ１〜４Ｘ４は、直流母線のマイナス母線
（Ｎ母線）側に接続されるＮ側素子である。これらＰ側
素子４Ｕ１〜４Ｕ４およびＮ側素子４Ｘ１〜４Ｘ４は、
同じ構成の半導体素子であり、ゲート端子Ｇ、エミッタ
素子Ｅ、コレクタ素子Ｃの順でそれぞれの端子が設けら
れている。

【００３４】４個のＰ側素子４Ｕ１〜４Ｕ４は並列接続
され、同様に４個のＮ側素子４Ｘ１〜４Ｘ４も並列接続
される。そして、Ｐ側素子４Ｕ１とＮ側素子４Ｘ１とは
直列接続され、同様にＰ側素子４Ｕ２とＮ側素子４Ｘ
２、Ｐ側素子４Ｕ３とＮ側素子４Ｘ３、Ｐ側素子４Ｕ４
とＮ側素子４Ｘ４は、それぞれ直列接続される。また、
各々のＰ側素子４Ｕ１〜４Ｕ４のエミッタ端子とＮ側素
子４Ｘ１〜４Ｘ４のコレクタ端子との接続導体から負荷
母線（Ｕ母線）が取り出される。

【００３５】以下、各々のＰ側素子４Ｕ１〜４Ｕ４およ
びＮ側素子４Ｘ１〜４Ｘ４の接続の仕方を説明する。ま
ず、各々の半導体素子のゲート端子Ｇが外側になるよう
に配置する。すなわち、Ｐ側素子４Ｕ１〜４Ｕ４のコレ
クタ端子ＣおよびＮ側素子４Ｘ１〜４Ｘ４のコレクタ端
子Ｃが近接するように配置する。

【００３６】このように配置されたＰ側素子４Ｕ１〜４
Ｕ４のエミッタ端子ＥとＮ側素子４Ｘ１〜４Ｘ４のコレ
クタ端子ＣとをＰ側素子４Ｕ１〜４Ｕ４のコレクタ端子
Ｃに接触しないように接続する。この接続導体１０は図
１（ｂ）に示すように断面がハット状に折り曲げられて
おり、Ｐ側素子４Ｕ１〜４Ｕ４のコレクタ端子Ｃを跨い
で設けられている。従って、Ｐ側素子４Ｕ１〜４Ｕ４の
コレクタ端子Ｃに接触することがない。

【００３７】そして、その接続導体１０の上部には、負
荷母線であるＵ母線が設けられており、各々のＰ側素子
４Ｕ１〜４Ｕ４のエミッタ端子とＮ側素子４Ｘ１〜４Ｘ
４のコレクタ端子とを接続した接続導体１０をこのＵ母
線により接続する。すなわち、Ｕ母線を介してすべての
素子が並列接続される。これにより、このＵ母線はＵ相
の負荷母線となる。

【００３８】次に、Ｐ側素子４Ｕ１〜４Ｕ４のコレクタ
端子Ｃは、接続導体１１を介して直流母線のＰ母線に接
続される。このＰ母線はＵ母線の下側に平行に位置して
いる。また、Ｎ側素子４Ｘ１〜４Ｘ４のエミッタ端子Ｅ
は、接続導体１２を介して直流母線のＮ母線に接続され
る。このＮ母線はＰ母線の下側に平行に配置される。す
なわち、Ｕ母線およびＰ母線に平行に設けられている。
つまり、Ｐ母線とＮ母線とは近接して平行に設けられて
いるので、お互いが発生する磁束を打ち消し合い、イン
ダクタンスを低減させるようになっている。

【００３９】一方、Ｐ母線およびＮ母線から分岐して、
各相の平滑コンデンサ３を接続するための分岐Ｐ母線Ｐ
１および分岐Ｎ母線Ｎ１が設けられている。この分岐母
線Ｐ１および分岐Ｎ母線Ｎ１は、半導体素子スタックの
中間部、すなわち、Ｐ側素子４Ｕ２とＰ側素子４Ｕ３と
の間のＰ母線およびＮ母線から分岐して設けられてい
る。この分岐Ｐ母線Ｐ１および分岐Ｎ母線Ｎ１も近接し
て平行に設けられており、お互いが発生する磁束を相殺
するようになっている。

【００４０】この第１の実施の形態によれば、電力変換
装置のインバータ装置またはコンバータ装置の直流母線
のＰ母線およびＮ母線を近接して平行に設けるので、互
いに磁束を打ち消し合いインダクタンスを軽減すること
ができる。

【００４１】次に、本発明の第２の実施の形態を説明す
る。図２は、本発明の電力変換装置におけるインバータ
装置の１相分のＰ側素子４ＵとＮ側素子４Ｘとの配置構
成図であり、図２（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図
２（ａ）のII−II線での断面図である。

【００４２】この第２の実施の形態は、図１に示した第
１の実施の形態に対し、分岐Ｐ母線Ｐ１および分岐Ｎ母
線Ｎ１をＵ母線の上部に平面的に形成したものである。
その他の構成は、図１に示した第１の実施の形態と同一
であるので、同一要素には同一符号を付し重複する記載
は省略する。

【００４３】図２において、平滑コンデンサ３と接続す
る分岐Ｐ母線Ｐ１は、Ｐ側素子４Ｕ１〜４Ｕ４のコレク
タ端子Ｃから接続導体１１および１３を介して垂直方向
に取り出され、Ｕ母線を搭載した接続導体１０の上部で
直角方向に曲げられ平面状に形成されている。また、分
岐Ｎ母線Ｎ１は、Ｎ側素子４Ｘ１〜４Ｘ４のエミッタ端
子Ｅから接続導体１４を介して垂直方向に取り出され、
Ｕ母線を搭載した接続導体１０および分岐Ｐ母線Ｐ１の
上部で直角方向に曲げられて平面状に形成されている。
すなわち、分岐Ｎ母線Ｎ１は半導体素子スタックのほぼ
全体を覆うように構成されている。

【００４４】ここで、平面状の分岐Ｐ母線Ｐ１と平面状
の分岐Ｎ母線Ｎ１との間の絶縁距離を大きくするため
に、その間に絶縁シートを間に挟んで密接構成とする。
これにより、全体としてのコンパクト化が図れる。

【００４５】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。図３は、本発明の第３の実施の形態に係わる電力変
換装置でのインバータ装置の３相分のＰ側素子４Ｕ〜４
ＷとＮ側素子４Ｘ〜４Ｚとの配置構成図であり、図３
（ａ）はその平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のIII−I
II線での断面図である。

【００４６】この第３の実施の形態は、１個の半導体素
子でインバータ装置における各相のＰ側素子およびＮ側
素子を形成したものである。すなわち、１アームあたり
の半導体素子が１個だけのシングル構成の場合のインバ
ータ装置の３相分のＰ側素子４Ｕ〜４ＷとＮ側素子４Ｘ
〜４Ｚとの配置を示している。

【００４７】図３において、Ｐ側素子４Ｕ〜４Ｗのエミ
ッタ端子ＥとＮ側素子４Ｘ〜４Ｚのコレクタ端子Ｃとを
Ｐ側素子４Ｕ〜４Ｗのコレクタ端子Ｃに接触しないよう
に接続する。この接続導体１０は、図３（ｂ）に示すよ
うに断面がハット状に折り曲げられており、Ｐ側素子４
Ｕ〜４Ｗのコレクタ端子Ｃを跨いで設けられている。従
って、Ｐ側素子４Ｕ〜４Ｗのコレクタ端子Ｃに接触する
ことがない。

【００４８】Ｐ側素子４Ｕ〜４Ｗのコレクタ端子Ｃは、
接続導体１１を介して直流母線のＰ母線に接続される。
また、Ｎ側素子４Ｘ〜４Ｚのエミッタ端子Ｅは、接続導
体１２を介して直流母線のＮ母線に接続される。このＮ
母線はＰ母線の下側に平行に配置される。つまり、Ｐ母
線とＮ母線とは近接して平行に設けられているので、お
互いが発生する磁束を打ち消し合い、インダクタンスを
低減させるようになっている。

【００４９】これらＰ母線およびＮ母線から平滑コンデ
ンサ３への接続は、半導体素子スタックの一番下、すな
わち、Ｐ側素子４Ｗの下側に位置するＰ母線およびＮ母
線端部から接続するようにする。この場合、Ｐ母線およ
びＮ母線は、半導体素子スタックの一番下で、分岐Ｐ母
線Ｐ１および分岐Ｎ母線Ｎ１が直角に接続され、平滑コ
ンデンサの方向に取り出されるようになっている。

【００５０】図４は、第３の実施の形態の他の一例を示
す３相分のＰ側素子４Ｕ〜４ＷとＮ側素子４Ｘ〜４Ｚと
の配置構成図である。図３に示したものに対し、平滑コ
ンデンサ３に接続する分岐Ｐ母線Ｐ１および分岐Ｎ母線
Ｎ１をＰ側素子４Ｖと４Ｗまたは４Ｕと４Ｖの間から取
り出すようにしたものである。

【００５１】この第３の実施の形態によれば、１アーム
あたりの半導体素子が１個だけのシングル構成の場合に
は、インバータ装置またはコンバータ装置の３相分のＰ
側素子とＮ側素子とを、共通のＰ母線およびＮ母線が近
接して平行に取り出せるように接続し、そのＰ母線およ
びＮ母線から平滑コンデンサへの接続を行うようにする
ので、インダクタンスを低減できると共に装置のコンパ
クト化が図れる。

【００５２】次に、図５は本発明の第４の実施の形態に
係わる電力変換装置の平滑コンデンサの配置の説明図で
ある。図５（ａ）は半導体素子スタックを収納した箱体
６の説明図であり、図５（ｂ）は平滑コンデンサ３と分
岐Ｐ母線Ｐ１および分岐Ｎ母線Ｎ１との接続の仕方の説
明図、図５（ｃ）は図５（ｂ）の側面図である。

【００５３】図５（ａ）は図示を省略したが、平滑コン
デンサ３は、半導体素子スタックが収納された箱体６の
横方向に配置される。半導体素子スタックは、Ｐ側素子
およびＮ側素子が取り付けられて形成される。図５
（ａ）では、左側にコンバータ装置を形成するＰ側素子
２Ｕ〜２ＷおよびＮ側素子２Ｘ〜２Ｙ、右側にインバー
タ装置を形成するＰ側素子４Ｕ〜４ＷおよびＮ側素子４
Ｘ〜４Ｙが配置されたものを示している。

【００５４】そして、半導体素子スタックからの分岐Ｐ
母線Ｐ１および分岐Ｎ母線Ｎ１と平滑コンデンサ３とが
接続される。図５（ｂ）はその接続の仕方の説明図であ
り、２個の平滑コンデンサ３を直列接続する場合を示し
ている。

【００５５】図５（ｂ）において、平滑コンデンサ３を
直並列接続するにあたり、平滑コンデンサ３を１個おき
にプラス極ｐとマイナス極ｎとを交互に入れ替えて直線
上に配置する。そして、分岐Ｐ母線Ｐ１および分岐Ｎ母
線Ｎ１側に位置するプラス極ｐは分岐Ｐ母線Ｐ１に接続
する。また、分岐Ｐ母線Ｐ１および分岐Ｎ母線Ｎ１側に
位置するマイナス極ｎは分岐Ｎ母線Ｎ１に接続する。

【００５６】一方、分岐Ｐ母線Ｐ１および分岐Ｎ母線Ｎ
１の反対側に位置するプラス極ｐおよびマイナス極ｎは
共通母線１５で接続する。これにより、２個の平滑コン
デンサ３が直並列接続されることになる。

【００５７】また、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示す
ように、分岐Ｐ側母線Ｐ１に接続された平滑コンデンサ
３のいずれか１個のプラス極ｐの近傍に、高速で応答す
るホールＣＴ１６を取り付ける。これにより、そこに流
れる電流を検出し監視に使用する。

【００５８】以上述べたように、この第４の実施の形態
によれば、半導体素子スタックを収納する箱体６の横方
向に平滑コンデンサ３を収納するようにしたので、箱体
６の高さ方向が大きくなることを回避できる。また、平
滑コンデンサ３と半導体スタックからの分岐Ｐ母線Ｐ１
および分岐Ｎ母線Ｎ１との接続は、分岐Ｐ母線Ｐ１およ
び分岐Ｎ母線Ｎ１を横方向に配置すればよいので、その
距離が短くなりインダクタンスを低減できる。

【００５９】次に、本発明の第５の実施の形態を説明す
る。図６は本発明の第５の実施の形態に係わる電力変換
装置のインバータ装置およびコンバータ装置の配置構成
図である。この第５の実施の形態は、インバータ装置お
よびコンバータ装置を沸騰冷却器の放熱ブロック１７の
両面に取り付けたものである。

【００６０】沸騰冷却器の放熱ブロック１７の両面は、
半導体素子スタックが取り付け可能になっており、その
放熱ブロック１７の一方面にインバータ装置を構成する
半導体素子スタックを取り付け、その反対側の他方面に
コンバータ装置を構成する半導体スタックが取り付けら
れている。図６では、放熱ブロック１７の上面にインバ
ータ装置を構成する半導体素子スタックが取り付けら
れ、放熱ブロック１７の下面にコンバータ装置を構成す
る半導体素子スタックが取り付けられたものを示してい
る。図２で示したＰ母線およびＮ母線構成のインバータ
装置およびコンバータ装置を示している。

【００６１】沸騰冷却器は、その冷却媒体が気相と液相
との相変化を伴って熱交換を行うものであり、沸騰冷却
器の冷却部で液相となり、放熱ブロック１７で熱を吸収
して気相となる。気相となった冷却媒体は冷却部に送ら
れて液相になり、再び放熱ブロック１７に戻される。こ
の沸騰冷却器は熱効率の良い冷却器である。

【００６２】この第５の実施の形態では、熱効率の良い
沸騰冷却器を挟んでインバータ装置とコンバータ装置と
を配置し、平滑コンデンサは半導体素子スタックの横に
配置しているので、コンパクト化が図れる。また、Ｐ母
線とＮ母線は近接して設けられているので、インダクタ
ンスを低減できる。

【００６３】次に、本発明の第６の実施の形態を説明す
る。図７は本発明の第６の実施の形態に係わる電力変換
装置の３相分のインバータ装置およびコンバータ装置の
配置構成図である。

【００６４】図７において、コンバータ装置を形成する
半導体素子スタックは、それぞれ箱体６ａ、６ｂ、６ｃ
の左側に配置され、インバータ装置を形成する半導体ス
タックは、それぞれ箱体６ａ、６ｂ、６ｃの右側に配置
されている。

【００６５】すなわち、箱体６ａには、コンバータ装置
のうちのＲ相部およびインバータ装置のうちのＵ相部が
収納され、Ｒ相のＲ母線、Ｐ母線およびＮ母線、さらに
はＵ相のＵ母線、Ｐ母線およびＮ母線が取り出されてい
る。同様に、箱体６ｂには、コンバータ装置のうちのＳ
相部およびインバータ装置のうちのＶ相部が収納され、
Ｓ相のＳ母線、Ｐ母線およびＮ母線、さらにはＶ相のＶ
母線、Ｐ母線およびＮ母線が取り出されている。また、
箱体６ｃには、コンバータ装置のうちのＴ相部およびイ
ンバータ装置のうちのＷ相部が収納され、Ｔ相のＴ母
線、Ｐ母線およびＮ母線、さらにはＷ相のＷ母線、Ｐ母
線およびＮ母線が取り出されている。

【００６６】各々の箱体６ａ、６ｂ、６ｃから取り出さ
れたインバータ装置の各相のＰ母線は、まとめてインバ
ータ用共通Ｐ母線１８に接続される。同様に、インバー
タ装置の各相のＮ母線は、まとめてインバータ用共通Ｎ
母線１９に接続される。インバータ用共通Ｐ母線１８と
インバータ用共通Ｎ母線１９は、互いに近接して平行に
設けられている。図７では、インバータ用共通Ｎ母線１
９がインバータ用共通Ｐ母線１８の背面に位置すること
から、重なって表現されている。

【００６７】また、同様に、各々の箱体６ａ、６ｂ、６
ｃから取り出されたコンバータ装置の各相のＰ母線は、
まとめてコンバータ用共通Ｐ母線２０に接続される。同
様に、コンバータ装置の各相のＮ母線は、まとめてコン
バータ用共通Ｎ母線２１に接続される。コンバータ用共
通Ｐ母線２０とコンバータ用共通Ｎ母線２１は、互いに
近接して平行に設けられている。図７では、コンバータ
用共通Ｎ母線２１がコンバータ用共通Ｐ母線２０の背面
に位置することから、重なって表現されている。

【００６８】そして、インバータ装置とコンバータ装置
との間の接続は、ハイパターン線２２にて、インバータ
用共通Ｐ母線１８、インバータ用共通Ｎ母線１９、コン
バータ用共通Ｐ母線２０、コンバータ用共通Ｎ母線２１
を接続して行う。

【００６９】ここで、箱体６ａ、６ｂ、６ｃには、サイ
リスタ装置およびコンバータ装置を形成する各々の半導
体素子スタックは、沸騰冷却器の放熱ブロックへの半導
体素子スタックの取り付け面が奥行き方向となるように
収納される。

【００７０】また、各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相、Ｕ相、Ｖ
相、Ｗ相）から出てくるＰ母線およびＮ母線に対し、イ
ンバータ用共通Ｐ母線１８およびインバータ用共通Ｎ母
線１９と、コンバータ用共通Ｐ母線２０およびコンバー
タ用共通Ｎ母線２１をそれぞれ個別に有している。そし
て、インバータ装置とコンバータ装置との間のＰ母線お
よびＮ母線の接続はハイパターン線２２にて行う。

【００７１】インバータ装置のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のイン
バータ用共通Ｐ母線１８は、半導体素子スタック側から
出てくるＰ母線をそれぞれ直角方向に折り曲げて、正面
からボルト締めできるようにしている。インバータ装置
のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のインバータ用共通Ｎ母線１９も同
様にして、半導体素子スタック側から出てくるＮ母線を
接続する。コンバータ装置のＲ相、Ｓ相、Ｔ相について
も同様である。

【００７２】この第６の実施の形態では、３相のＰ母線
およびＮ母線をまとめて共通のＰ母線およびＮ母線を形
成するので接続が容易に行える。また、この共通のＰ母
線およびＮ母線は、近接して平行に設けられるので、イ
ンダクタンスを低減できる。

【００７３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、Ｐ
母線とＮ母線とを隣接して平行に設けるので、インダク
タンスを低減できる。また、平滑コンデンサから半導体
素子スタックに接続するＰ母線およびＮ母線を半導体素
子が並列接続された半導体素子スタックの中点から分岐
して取るようにしているので、インダクタンスの均等化
を図ることができる。

【００７４】また、平滑コンデンサの取り付けを半導体
素子スタックの横方向に配置するので、箱体の高さ方向
を低減できる。また、平滑コンデンサと半導体素子スタ
ックのＰ母線およびＮ母線との接続が容易に行える。ま
た、半導体自体もコンプリメンタリ素子は使用するに必
要がないので、一種類の素子のみで構成可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる電
力変換装置でのインバータ装置の１相分のＰ側素子４Ｕ
とＮ側素子４Ｘとの配置構成図である。

【図２】図２は、本発明の第２の実施の形態に係わる電
力変換装置でのインバータ装置の１相分のＰ側素子４Ｕ
とＮ側素子４Ｘとの配置構成図である。

【図３】図３は、本発明の第３の実施の形態に係わる電
力変換装置でのインバータ装置の３相分のＰ側素子４Ｕ
〜４ＷとＮ側素子４Ｘ〜４Ｚとの配置構成図である。

【図４】図４は、本発明の第３の実施の形態の他の一例
に係わる電力変換装置でのインバータ装置の３相分のＰ
側素子４Ｕ〜４ＷとＮ側素子４Ｘ〜４Ｚとの配置構成図
である。

【図５】図５は、本発明の第４の実施の形態に係わる電
力変換装置の平滑コンデンサの配置の説明図である。

【図６】図６は、本発明の第５の実施の形態に係わる電
力変換装置のインバータ装置およびコンバータ装置の配
置構成図である。

【図７】図７は、本発明の第６の実施の形態に係わる電
力変換装置の３相分のインバータ装置およびコンバータ
装置の配置構成図である。

【図８】図８は、電動機に可変周波数電源を供給する従
来の電力変換装置の構成図である。

【図９】図９は、従来の電力変換装置におけるインバー
タ装置の１相分のＰ側素子４ＵとＮ側素子４Ｘとの配置
構成図である。

【図１０】図１０は、従来の電力変換装置を箱体に収納
した場合の説明図である。

【符号の説明】

１３相交流電源２コンバータ装置３平滑コンデンサ４インバータ装置５電動機６箱体７冷却器８空気取入口９ファン１０、１１、１２、１３、１４接続導体１５共通母線１６ホールＣＴ１７放熱ブロック１８インバータ用共通Ｐ母線１９インバータ用共通Ｎ母線２０コンバータ用共通Ｐ母線２１コンバータ用共通Ｎ母線２２ハイパターン線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の半導体素子を並列接続してイン
バータ装置またはコンバータ装置における各相のＰ側素
子およびＮ側素子を形成し、各々の前記Ｐ側素子および
Ｎ側素子を直列接続して、各々の前記Ｐ側素子のコレク
タ端子を直流母線のＰ母線に接続し、各々の前記Ｎ側素
子のエミッタ端子を直流母線のＮ母線に接続し、各々の
前記Ｐ側素子のエミッタ端子と前記Ｎ側素子のコレクタ
端子との接続導体から負荷母線を取り出すようにした電
力変換装置において、前記Ｐ母線と前記Ｎ母線とを近接
して平行に配置したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】前記Ｐ母線から分岐して設けられ平滑コ
ンデンサのプラス極に接続するための分岐Ｐ母線と、前
記Ｎ母線から分岐して設けられ前記平滑コンデンサのマ
イナス極に接続するための分岐Ｎ母線とを有し、前記分
岐Ｐ母線と前記分岐Ｎ母線とを近接して平行に配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】１個の半導体素子でインバータ装置また
はコンバータ装置における各相のＰ側素子およびＮ側素
子を形成し、前記Ｐ側素子およびＮ側素子を直列接続し
て、前記Ｐ側素子のコレクタ端子を直流母線のＰ母線に
接続し、前記Ｎ側素子のエミッタ端子を直流母線のＮ母
線に接続し、前記Ｐ側素子のエミッタ端子と前記Ｎ側素
子のコレクタ端子との接続導体から負荷線を取り出すよ
うにした電力変換装置において、前記Ｐ母線と前記Ｎ母
線とを近接して平行に配置したことを特徴とする電力変
換装置。
【請求項４】前記Ｐ母線の端部または分岐して設けら
れ平滑コンデンサのプラス極に接続するための分岐Ｐ母
線と、前記Ｎ母線の端部または分岐して設けられ前記平
滑コンデンサのマイナス極に接続するための分岐Ｎ母線
とを有し、前記分岐Ｐ母線と前記分岐Ｎ母線とを近接し
て平行に配置したことを特徴とする請求項３に記載の電
力変換装置。
【請求項５】前記平滑コンデンサは、前記Ｐ側素子お
よび前記Ｎ側素子の横方向に配置されたことを特徴とす
る請求項２または請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】前記平滑コンデンサを直並列接続する場
合に、前記平滑コンデンサをプラス極とマイナス極とを
入れ替えて直線上に配置し、前記分岐Ｐ母線および前記
分岐Ｎ母線側に位置するプラス極は前記分岐Ｐ母線に接
続しマイナス極は前記分岐Ｎ母線に接続し、前記分岐Ｐ
母線および前記分岐Ｎ母線の反対側に位置するプラス極
およびマイナス極は共通母線で接続するようにしたこと
を特徴とする請求項２または請求項４または請求項５に
記載の電力変換装置。
【請求項７】前記分岐Ｐ側母線に接続された前記平滑
コンデンサのいずれか１個のプラス極の近傍に、高速で
応答するホールＣＴを取り付け、電流を検出するように
したことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】放熱ブロックの両面に半導体素子が取り
付け可能で、冷却媒体が気相と液相との相変化を伴って
熱交換を行う沸騰冷却器を設け、前記沸騰冷却器の放熱
ブロックの片面には、前記インバータ装置用のＰ側素子
およびＮ側素子を取り付け、その反対面には、前記コン
バータ装置用のＰ側素子およびＮ側素子を取り付けたこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載の電力変換
装置。
【請求項９】前記インバータ装置の各相のＰ母線をま
とめて接続するためのインバータ用共通Ｐ母線と、前記
インバータ用共通Ｐ母線の近傍に平行して設けられ前記
インバータ装置の各相のＮ母線をまとめて接続するため
のインバータ用共通Ｎ母線と、前記コンバータ装置の各
相のＰ母線をまとめて接続するためのコンバータ用共通
Ｐ母線と、前記コンバータ容共通母線の近傍に平行して
設けられ前記コンバータ装置の各相のＮ母線をまとめて
接続するためのコンバータ用共通Ｎ母線とを有し、前記
インバータ装置と前記コンバータ装置間の接続は、前記
インバータ用共通Ｐ母線、インバータ用共通Ｎ母線、コ
ンバータ用共通Ｐ母線、コンバータ用共通Ｎ母線を介し
て行うようにしたことを特徴とする請求項８に記載の電
力変換装置。