JP2004289955A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】スイッチング素子から発生するサージ電圧の均一な削減化、平滑コンデンサの周囲温度の低減化を図り、平滑コンデンサの長寿命化を実現する。
【解決手段】冷却器１の両面にそれぞれ取付けられた複数のスイッチング素子２ａ，２ｂと、この冷却器の両面に取付けられたスイッチング素子から等距離となる中間位置に前記複数の平滑コンデンサ４を配置し、当該平滑コンデンサに対し、前記各スイッチング素子から発生するサージ電圧、前記電力変換装置の接続される負荷によるリプル電流の偏りを無くす電力変換装置である。
【選択図】 図１
【解決手段】冷却器１の両面にそれぞれ取付けられた複数のスイッチング素子２ａ，２ｂと、この冷却器の両面に取付けられたスイッチング素子から等距離となる中間位置に前記複数の平滑コンデンサ４を配置し、当該平滑コンデンサに対し、前記各スイッチング素子から発生するサージ電圧、前記電力変換装置の接続される負荷によるリプル電流の偏りを無くす電力変換装置である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子近傍に平滑コンデンサが設置された電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電力変換装置は、半導体デバイス、ＩＧＢＴ素子のような大容量高速スイッチング素子が用いられているが、通電時に蓄えられる回路のエネルギーにより、スイッチング素子がオンからオフに移行する際に電圧サージが生ずる。この電圧サージがスイッチング素子の定格電圧を越えると、スイッチング素子が破損することがある。
【０００３】
そこで、スイッチング素子の破損を防ぐ為、スイッチング素子の近傍に平滑コンデンサを設置し、電圧サージ発生時に生じるサージ電流を吸収し、電圧サージを低減することが行われている。
【０００４】
図９は従来の電力変換装置を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【０００５】
この電力変換装置は、冷却フイン及び放熱部からなる冷却器５１の冷却フインａ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子５２ａ、冷却器５１の冷却フインｂ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子５２ｂが取り付けられ、さらに、スイッチング素子５２ａ、スイッチング素子５２ｂの動作時に発生するサージ電圧を抑え、リプル電流を吸収する平滑コンデンサ５３ａ、５３ｂが取付けられている。なお、冷却器５１のａ面側スイッチング素子５２ａをコンバータ装置、冷却器５１のｂ面側スイッチング素子５２ｂをインバータ装置と呼ぶ。５４ａはスイッチング素子５２ａと平滑コンデンサ５３ａとを接続する主回路を構成するブスバーであり、５４ｂはスイッチング素子５２ｂと平滑コンンデンサ５３ｂとを接続する主回路を構成するブスバーである。
【０００６】
このような電力変換装置においては、図示しない制御部によって制御されるゲート信号に基づき、コンバータ装置のスイッチング素子５２ａが動作し、図示しない交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、さらにインバータ装置のスイッチング素子５２ｂにより再び交流電圧に変換し、図示しない負荷に供給する。この際、コンバータ側のスイッチング素子５２ａのスイッチングによって発生するサージ電圧やリプル電流を吸収するのが、スイッチング素子５２ａの近傍に設置される平滑コンデンサ５３ａであり、同様にインバータ側のスイッチング素子５２ｂのスイッチングによって発生するサージ電圧やリプル電流を吸収するのが、スイッチング素子５２ｂの近傍に設置される平滑コンデンサ５３ｂである。
【０００７】
また、従来の電力変換装置としては、特開２００２−８４７６６号公報に記載するように、スイッチング素子と平滑コンデンサとを接続するブスバーを積層化構成とし、回路内のインダクタンスを低減させて電圧サージを抑制する技術が提案されている。
【０００８】
さらに、従来の他の電力変換装置としては、特許第２５３１９２８号公報に記載するように、スイッチング素子と平滑コンデンサとを同一のブスバーで接続する構成のものも提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−８４７６６号公報
【００１０】
【特許文献２】
特許第２５３１９２８号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような電力変換装置では、次のような問題が指摘されている。
【００１２】
（１） インバータ側は、モータ等のごとき負荷が接続されていることから、スイッチング素子５２ｂに近接する平滑コンデンサ５３ｂに大きなリプル電流が流入することが多い。通常、コンバータ装置側のブスバー５４ａとインバータ装置側のブスバー５４ｂは図１０に示すごとく回路上接続されており、スイッチング素子５２ａ側の電流はブスバー５４ａを通って近い側の平滑コンデンサ５３ａに流入するが、モータ等の負荷によるリプル電流は、ブスバーが長くなる分インピーダンスが大きくなることから、平滑コンデンサ５３ａ側にはほとんど流入せず、インバータ装置側平滑コンデンサ５３ｂに流入する。その結果、平滑コンデンサの特性上、リプル電流の流入量に応じて平滑コンデンサ自身が発熱し寿命が短縮するので、コンバータ装置側平滑コンデンサ５３ａとインバータ装置側平滑コンデンサ５３ｂの寿命のバランスがくずれ、インバータ側平滑コンデンサ５３ｂの寿命が短くなってしまう。
【００１３】
（２） また、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂは、ともに熱源である冷却器５１及びスイッチング素子５２ａ，５２ｂの近傍に設置されているので、スイッチング素子５２ａ，５２ｂから発生する熱のあおりを受け、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂの周囲温度が上昇し、これら平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂの寿命が短縮する。また、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂの外形にもよるが、複数の平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂを並べた場合、スイッチング素子５２ａ，５２ｂから距離的に近いものと遠いものとがあり、かつ、各スイッチング素子５２ａ，５２ｂと平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂとを接続するブスバー５４ａ，５４ｂのインピーダンスの相違によるリプル電流量の大小により、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂにおける寿命上のバランスが崩れることがある。
【００１４】
（３） また、前述した特開２００２−８４７６６号公報に記載するように、ブスバーを積層構成とすれば、回路内のインダクタンスを低減させて電圧サージを抑制できるが、スイッチング素子と平滑コンデンサとの取付け位置が上下にずれている場合、スイッチング素子の発熱が取付け位置に応じて平滑コンデンサに影響を与え、当該平滑コンデンサの寿命が短くなったり、平滑コンデンサが３列以上になっている場合、ブスバー構成が複雑になり、コストアップにつながる。また、スイッチング素子の数量に対し、平滑コンデンサの数量が多い場合、スイッチング素子から平滑コンデンサの端子までの距離がばらついてインピーダンス差が生じ、ひいては平滑コンデンサの負荷のばらつきから平滑コンデンサの寿命が極端にばらつくことがある。
【００１５】
（４） さらに、前述した特許第２５３１９２８号公報に記載するように、スイッチング素子と平滑コンデンサとを同一のブスバーで接続する構成のものは、どうしてもブスバーの構成が複雑になり、コストアップにつながる他、大型の複数の平滑コンデンサを取付けることが難しくなる。さらに、冷却器の各面のスイッチング素子から平滑コンデンサまでのブスバーの構成が異なり、インピーダンスの違いから電圧サージを均等に削減することができない。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、スイッチング素子から発生するサージ電圧の均一な削減化、平滑コンデンサの周囲温度の低減化を図り、平滑コンデンサの長寿命化を実現する電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、スイッチング素子及び平滑コンデンサに関連するブスバーによるインダクタンスの削減ないしインピーダンスの均等化を図り、サージ電圧の低減化，ひいては平滑コンデンサの長寿命化を実現する電力変換装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
（１） 上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、冷却器の両面に取付けられたスイッチング素子から等距離となる中間位置に複数の平滑コンデンサを配置し、当該平滑コンデンサに対し、前記各スイッチング素子から発生するサージ電圧、前記電力変換装置の接続される負荷によるリプル電流の偏りを無くす構成である。
【００１９】
この発明は以上のような構成とすることにより、複数の平滑コンデンサが冷却器両面に設置されるスイッチング素子の中間位置に設置するので、各スイッチング素子から発生するサージ電圧を均一に削減でき、また負荷によるリプル電流を均一にして複数の平滑コンデンサに供給することが可能である。
【００２０】
なお、以上のような電力変換装置の構成において、前記複数の平滑コンデンサは前記冷却器に対して水平方向に取付けられ、また当該複数の平滑コンデンサと前記冷却器とを隔離するごとく当該冷却器に対して垂直に前記平滑コンデンサを接続する導体（コンデンサ側ブスバー）を配置し、かつ、前記冷却器両面のスイッチング素子を覆うように前記スイッチング素子を接続する導体（素子側ブスバー）を配置することにより、熱源となるスイッチング素子及び冷却器から発生される暖められた空気を遮断でき、よって、平滑コンデンサの周囲温度を低減でき、平滑コンデンサの長寿命化を図ることが可能である。
【００２１】
また、前記スイッチング素子を接続する素子側ブスバー及び前記平滑コンデンサを接続するコンデンサ側ブスバーは、それぞれ正側のスイッチング素子、前記平滑コンデンサに接続する正側ブスバー、負側のスイッチング素子、前記平滑コンデンサに接続する負側ブスバー、正側及び負側スイッチング素子の共通接続部分を接続する中点ブスバーで構成され、これら正側、負側及び中点ブスバーを絶縁層を挟んで密着すれば、各ブスバーのインダクタンスを低減化でき、サージ電圧を小さくすることが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明は、以上のような構成の電力変換装置において、前記素子側ブスバーと前記コンデンサ側ブスバーとを連結する連結ブスバーが設けられ、この連結ブスバーは、前記冷却器にスイッチング素子が並列に配置されている場合、前記各スイッチング素子と前記各平滑コンデンサとの相対距離の変化に応じて、一部のブスバー経路の幅及び厚さを調整すれば、各スイッチング素子と各平滑コンデンサとを連結する連結ブスバーのインピーダンスを等しくすることが可能となり、ひいては各平滑コンデンサに流入するリプル電流が均一になり、平滑コンデンサの長寿命化を図ることが可能である。
【００２３】
さらに、本発明は、以上のような電力変換装置の構成において、平滑コンデンサを接続するコンデンサ側ブスバーと前記スイッチング素子を接続する素子側ブスバーまたはこれらコンデンサ側ブスバー及び素子側ブスバーを連結する連結部ブスバーとを前記平滑コンデンサの端子に共締めし固定すれば、スイッチング素子と平滑コンデンサとの距離が最小となり、スイッチング素子から平滑コンデンサまでのインピーダンスを最小にし、サージ電圧を最小にすることが可能となる。
【００２４】
さらに、本発明は、以上のような電力変換装置の構成において、前記冷却器にスイッチング素子が並列に配置されている場合、これら各スイッチング素子を接続する中点ブスバーは、前記各並列毎に独立して設けられ、かつ、ほぼ同一径及びほぼ同一長にして外部に導出すれば、並列構成のスイッチング素子の電流バランスを等しくすることが可能である。
【００２５】
さらに、本発明は、以上のような電力変換装置の構成において、前記複数の平滑コンデンサは、前記コンデンサ側ブスバーに複数列接続し、かつ、平滑コンデンサの接続する電極端子の向きを一段ずつ逆になるように配置すれば、平滑コンデンサの容量を増加させ、リプル電流耐量を増加させて、平滑コンデンサの長寿命化を図ることが可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係る電力変換装置の第１の実施の形態を示す構成図である。
【００２８】
この電力変換装置は、冷却器１のａ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ａが取付けられ、また同じく冷却器１のｂ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ｂが取り付けられている。この冷却器１のａ面側に設置される複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ａをコンバータ装置３ａ、冷却器１のｂ面側に設置される複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ｂをインバータ装置３ｂとする。４はスイッチング素子２ａ，２ｂの動作時に発生するサージ電圧を抑え、負荷によるリプル電流を吸収する平滑コンデンサであって、この平滑コンデンサ４は、冷却フイン２１の一側面側で、冷却器１に対して水平方向に取付けられ、かつ、コンバータ装置３ａ及びインバータ装置３ｂと等距離なる中間位置に配置されている。２２は冷却器１の放熱器である。５はコンデンサ側ブスバー、６ａはコンバータ側の素子側ブスバー、６ｂはインバータ側の素子側ブスバーである。
【００２９】
次に、以上のような電力変換装置の作用について説明する。
【００３０】
複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…はともに図示しない制御部からのゲート信号を受けてスイッチング動作を開始する。コンバータ装置３ａは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ａ，…の動作により、交流電源電圧を直流電圧に変換し、またインバータ装置３ｂは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ｂ，…の動作により、コンバータ装置３ａにより変換された直流電圧を交流電圧に変換し、図示しないモータ等の負荷に電力を供給する。
【００３１】
このとき、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…の動作によって電圧サージが生じるが、平滑コンデンサ４がコンバータ側スイッチング素子２ａ，…、インバータ側スイッチング素子２ｂ，…の中間位置に設置されているので、平滑コンデンサ４は、電圧サージを受ける負担率が均等になり、各平滑コンデンサ４の寿命にばらつきを無くすことができる。また、負荷が大きくなると平滑コンデンサ４に流れるリプル電流も大きくなるが、平滑コンデンサ４がスイッチング素子２ａ、２ｂから均等な距離にあるので、同様に各平滑コンデンサ４の寿命にばらつきを無くすことができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図２は本発明に係る電力変換装置の第２の実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図１と同一部分には同一符号を付し、図１の説明に譲る。
【００３３】
この実施の形態は、複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び平滑コンデンサ４が図１と同様な配置構成となっているので、図１の説明に譲り、ここでは特にコンデンサ側ブスバー５及び素子側ブスバー６ａ，６ｂの配置構成について説明する。
【００３４】
ここで、コンデンサ側ブスバー５は、複数の平滑コンデンサ４，…を接続するものであって、平滑コンデンサ４，…と冷却器１とを隔離するように冷却器１に対して垂直に配置され、平滑コンデンサ４が発熱体であるスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び冷却器１から発生する発熱空気を遮断する構成となっている。
【００３５】
次に、以上のような実施の形態の作用を説明する。
【００３６】
複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…はともに図示しない制御部からのゲート信号を受けてスイッチング動作を開始する。これらスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…の動作によって当該スイッチング素子２ａ，２ｂが発熱するが、スイッチング素子の図示しない放熱板及び冷却器１により冷却される。但し、スイッチング素子の発熱は、図示しない放熱板以外の面からも放熱するが、冷却器１自体にも熱が印加されるので、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び冷却器１の周囲の空気の温度が上昇する。
【００３７】
ここで、平滑コンデンサ４と発熱体であるスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び冷却器１とがコンデンサ側ブスバー５で隔離されているので、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１により暖められた空気がコンデンサ側ブスバー５で遮断されるので、平滑コンデンサ４周囲の空気温度がスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１の発熱量による上昇を抑制することができる。
【００３８】
また、冷却器１両面のスイッチング素子２ａ，２ｂを覆うように当該スイッチング素子２ａ，２ｂを接続する素子側ブスバー６ａ，６ｂが配置されている。
【００３９】
従って、以上のような実施の形態によれば、複数の平滑コンデンサ４，…と冷却器１とを隔離するようにコンデンサ側ブスバー５を垂直に配置することにより、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１側の周囲空気と平滑コンデンサ４，…側の周囲空気とを遮断することにより、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１から発する暖められた空気により、平滑コンデンサ４の周囲温度が上昇を抑制でき、ひいては平滑コンデンサ４の長寿命化を図ることができる。また、冷却器両面のスイッチング素子２ａ，２ｂを覆うように前記スイッチング素子を接続する素子側ブスバー６ａ，６ｂを配置しているので、スイッチング素子２ａ，２ｂから発生する熱も遮断され、平滑コンデンサ４に与える熱的な影響を受け難くすることができる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図３は本発明に係る電力変換装置の第３の実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図１、図２と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は図１，図２に譲る。
【００４１】
この実施の形態は、複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び平滑コンデンサ４が図１と同様な配置構成であるので図１の説明に譲り、特にコンデンサ側ブスバー５及び素子側ブスバー６について説明する。
【００４２】
コンデンサ側ブスバー５は、平滑コンデンサ４と冷却器１との間に冷却器１に対して垂直方向に配置されるブスバーであって、複数のブスバー５ａ，５ｂ，５ｃからなる。また、素子側ブスバー６ａは複数のブスバー６ａａ，６ａｂ，６ａｃからなり、インバータ側の素子側ブスバー６ｂは同様に複数のブスバー６ｂａ，６ｂｂ，６ｂｃからなる。これらブスバーのうち、ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂａは正電圧側のスイッチング素子、平滑コンデンサに接続するＰ側ブスバー、５ｂ，６ａｂ，６ｂｂは負電圧側のスイッチング素子、平滑コンデンサに接続するＮ側ブスバー、５ｃ，６ｂｃ，６ｂｃは正電圧側のスイッチング素子と負電圧側のスイッチング素子との共通接続部分を接続する素子中点ブスバーである。７及び８ａ，８ｂは各ブスバー間に介在される絶縁物である。つまりＰ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂａ、Ｎ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂｂ及び素子中点ブスバー５ｃ，６ｂｃ，６ｂｃが絶縁物７，８ａ，８ｂを挟んで密着された構成となっている。
【００４３】
次に、以上のような電力変換装置の作用を説明する。
【００４４】
複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…はともに図示しない制御部からのゲート信号を受けてスイッチング動作を開始する。コンバータ装置３ａは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ａ，…の動作により、交流電源電圧を直流電圧に変換し、インバータ装置３ｂは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ｂ，…の動作により、コンバータ装置３ａで変換された直流電圧を交流電圧に変換し、図示しないモータ等の負荷に電流を供給する。
【００４５】
このとき、スイッチング素子２ａ，２ｂ及び平滑コンデンサ４に接続されている各ブスバー５ａ，５ｂ，５ｃ、６ａａ，６ａｂ，６ａｃ、６ｂａ，６ｂｂ，６ｂｃのインダクタンス成分が大きい場合にサージ電圧が大きくなるが、Ｐ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂａとＮ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂｂとが絶縁物７，８ａ，８ｂを挟んで密着されているので、Ｐ側ブスバーとＮ側ブスバーのそれぞれ生じる磁束が互いに打ち消され、結果としてインダクタンスを削減することが可能となる。これにより、サージ電圧を小さくすることができる。
【００４６】
従って、以上のような実施の形態によれば、絶縁物７，８ａ，８ｂを挟んで、Ｐ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂａとＮ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂｂとを互いに密着することにより、これらＰ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂａ及びＮ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂｂのインダクタンスを削減でき、サージ電圧を小さくすることができる。
【００４７】
（第４の実施の形態）
図４は本発明に係る電力変換装置の第４の実施の形態を示す構成図である。
【００４８】
同図において、１は冷却器、２ａ（図示せず），２ｂはスイッチング素子であって、冷却器１のｂ面側にはスイッチング素子２ｂとして４列のスイッチング素子２ｂｃ，２ｂｄ，２ｂｅ，２ｂｆが配置され、図示していない冷却器ａ面側にも同様に４列のスイッチング素子が配置されている。４は平滑コンデンサであって、この平滑コンデンサ４は、複数の平滑コンデンサ４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈからなる。
【００４９】
５は平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈを接続するためのブスバー、６ａ（図示せず）、６ｂは冷却器１のａ面，ｂ面のスイッチング素子２ａｃ〜２ａｆ（図示せず）、２ｂｃ〜２ｂｆを接続するブスバー、９ａ，９ｂはブスバー５とブスバー６ａ，６ｂとを接続する連結ブスバーである。
【００５０】
この連結ブスバー９ａ，９ｂにおいても、実際には図３に対応するようにＰ側連結ブスバー９ａ（９ａａ〜９ａｃ）、Ｎ側連結ブスバー９ｂ（９ｂａ〜９ｂｃ）が設けられ、コンデンサ側ブスバー５、素子側ブスバー６ａ，６ｂと接続する部分以外は絶縁物８ａ，８ｂを介在させた状態で密着されている。この連結ブスバー９（９ａ，９ｂ）には一部に幅広の補強部９ｃが形成されている。
【００５１】
この連結ブスバー９ａ，９ｂに補強部９ｃを設けた理由は次の通りである。冷却器１へのスイッチング素子例えば２ｂｃ〜２ｂｆの取付位置と平滑コンデンサ例えば４ｃ〜４ｈとは、当該平滑コンデンサの外形等により、平滑コンデンサが電力変換装置下方に設置されるに従い、スイッチング素子例えば２ｂｃ〜２ｂｆから距離的に遠くなる。連結ブスバー９である導体は一般に経路の幅に比例してインピーダンスが大きくなることから、各連結ブスバー９ａ，９ｂともインピーダンスを等しくする必要がある。
【００５２】
そこで、連結ブスバー９ａ，９ｂは、それぞれ平滑コンデンサ４ｃ，４ｅ、４ｇ（又は４ｄ，４ｆ，４ｈ）に接続される経路の幅及び厚さを変えることにより、インピーダンスを等しくする。また、連結ブスバー９ａ，９ｂが絶縁物８ａ，８ｂを介して密着させることにより、互いのインダクタンスが打ち消され、サージ電圧を削減することができる。
【００５３】
従って、以上のような実施の形態によれば、スイッチング素子例えば２ｂｃ〜２ｂｆと平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈとの距離が異なっても、連結ブスバー９ａ，９ｂの幅及び厚さを調整することにより、各スイッチング素子２ｂｃ〜２ｂｆと平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈとの間のインピーダンスを等しくすることができ、平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈに流入するリプル電流のばらつきを無くすことができ、しかも連結ブスバー９ａ，９ｂを絶縁物８ａ，８ｂを介して密着させることで互いのインダクタンスが打ち消され、サージ電圧の削減化により平滑コンデンサの寿命を延ばすことができる。
【００５４】
（第５の実施の形態）
図５は本発明に係る電力変換装置の第５の実施の形態を示す構成図である。なお、同図は冷却器１側から平滑コンデンサ４を見た図である。
【００５５】
平滑コンデンサ４側から冷却器１側方向に、図３に示すごとく中点コンデンサブスバー５ｃ，絶縁物８，Ｐ側コンデンサブスバー５ａ，絶縁物８，Ｎ側コンデンサブスバー５ｂの順序で配置されているが、平滑コンデンサ４の端子とコンデンサ側ブスバー５（５ａ，５ｂ）と素子側ブスバー６（６ａ，６ｂ）との接続が必要となる。
【００５６】
そこで、この実施の形態では、平滑コンデンサ４の端子４１（＋端子）、端子４２（−端子）とコンデンサ側ブスバー５，素子側ブスバー６とを共締めにより接続する構成とする。例えば素子側ブスバー６、コンデンサ側ブスバー５を平滑コンデンサ４の端子４１（＋端子）、端子４２（−端子）にねじ止めなどによって直接入れ込むことにより接続する。
【００５７】
この電力変換装置においては、スイッチング素子２ａ，２ｂの動作により電圧サージが生じるが、平滑コンデンサ４に対してサージ電流を流入させることにより吸収する。この際、スイッチング素子２ａ，２ｂ−平滑コンデンサ４間の接続を最短距離となるように接続し、ブスバーのインダクタンスを削減し、かつ、直接平滑コンデンサ４と素子側ブスバー６とを接続することにより、サージ電流を直接平滑コンデンサ４に流入することで一層の電圧サージを抑えることができる。
【００５８】
なお、図示しないがコンデンサ側ブスバー５と素子側ブスバー６との間に第４の実施の形態で示した連結ブスバー９ａ，９ｂを取付ける場合、図５（ｂ）に示すように連結ブスバー９ａ，９ｂ側からコンデンサ側ブスバー５を経由して平滑コンデンサ４の端子４１（＋端子）または端子４２（−端子）に直接ねじ止めする構成としても、前述と同様の効果を奏する。
【００５９】
（第６の実施の形態）
図６は本発明に係る電力変換装置の第６の実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図１、図３、図４と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は図１、図３、図４に譲る。
【００６０】
同図において１はＩＧＢＴ等のスイッチング素子であって、具体的には正負のスイッチング素子の組によって構成されている。６はスイッチング素子１に接続される素子側ブスバーであって、正側のスイッチング素子のエミッタと接続されるＰ側ブスバー６ａａ，６ｂａ、負側のスイッチング素子のコレクタと接続されるＮ側ブスバー６ａｂ，６ｂｂ、正側のスイッチング素子のコレクタと負側のスイッチング素子のコレクタとを接続する素子中点ブスバー６ｂｃ，６ｂｃが設けられている。
【００６１】
これら素子中点ブスバー６ｂｃ，６ｂｃは並列に構成されている正負のスイッチング素子の組毎に独立して設けられている。そこで、各独立した中点ブスバー６ｂｃ，…、６ａｃ，…からそれぞれ導体１０が導出されているが、これら各導体１０としては、同一径及び同一長となるように導出することにより、同一インピーダンスとし、図示しない電力変換装置外部の負荷に接続する構成とする。
【００６２】
従って、以上のような実施の形態によれば、図示しない電力変換装置外部の負荷に大電流を出入力させるために、並列接続構成のスイッチング素子２毎に設けられた中点ブスバー６ｂｃ，…、６ａｃ，…に同一径，同一長の同一インピーダンスの導体１０を取り出すことにより、図示しない電力変換装置の外部負荷までの経路が同一インピーダンスとなり、よって、並列接続されたスイッチング素子スイッチング素子２ａｃ〜２ａｆ（図示せず）、２ｂｃ〜２ｂｆの負荷率のばらつきを小さくすることができる。
【００６３】
（第７の実施の形態）
図７は本発明に係る電力変換装置の第７の実施の形態を示す構成図である。
【００６４】
この実施の形態は、例えば３列の平滑コンデンサ４がコンデンサ側ブスバー５（５ａ，５ｂ，５ｃ）に接続され、さらにコンバータ装置３ａ，インバータ装置３ｂの素子側ブスバー６（６ａａ，６ａｂ、６ａｃ、６ｂａ，６ｂｂ，６ｂｃ）に接続されている。なお、平滑コンデンサ４の接続方法は、図５で示しているので、ここでは省略する。平滑コンデンサ４の端子４１（＋端子），４２（−端子）は、一段ずつ逆に配列し、コンデンサ側ブスバー５と素子側ブスバー６の接続に対し、Ｐ側，Ｎ側の接続が交互、かつ、等間隔な構成となっている。
【００６５】
以上のような実施の形態によれば、冷却器１の両面に配置されるコンバータ装置３ａ、インバータ装置３ｂの中間位置に配置されるブスバー５に複数列の平滑コンデンサ４を並設することにより、電力変換装置の平滑コンデンサ４の容量を増加させ、リプル耐量を増加させることにより平滑コンデンサ４の寿命を延ばすことができる。
【００６６】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。上記実施の形態（図１ないし図７）では、１個の電力変換装置について説明したが、図８に示すように３個組み合わせることにより、３相分の電力変換装置を構成する。１１ａ，１１ｂ，１１ｃは各相の電力変換装置であって、これら電力変換装置１１ａ，１１ｂ，１１ｃは下部の相接続ブスバー１２ａ，１２ｂにより接続されている。
【００６７】
このような構成によれば、各相毎に１個の電力変換装置を使用することにより、部品の小型化、保守性、作業性を向上させることができる。
【００６８】
また、各実施の形態は可能な限り組み合わせて実施することが可能であり、その場合には組み合わせによる効果が得られる。さらに、上記各実施の形態には種々の上位，下位段階の発明が含まれており、開示された複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得るものである。例えば問題点を解決するための手段に記載される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されうることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、平滑コンデンサを接続するブスバーから冷却器の両面に設置されるスイッチング素子までの距離を等しくし、電圧サージやリプル電流の偏りがなくし、平滑コンデンサの寿命のばらつきを無くすことができる。また、平滑コンデンサが冷却器に水平に取付け、また平滑コンデンサに接続するブスバーが冷却器に対して垂直に配置し、スイッチング素子、冷却器側の周囲の空気と平滑コンデンサの周囲の空気との流通を遮断しているので、スイッチング素子や冷却器の発熱量により、平滑コンデンサの周囲温度が上昇することなく、平滑コンデンサの長寿命化を図ることができる。
【００７０】
また、絶縁物を挟んでＰ側ブスバーとＮ側ブスバーとを密着する構成であるので、ブスバーのインダクタンスを削減でき、これにより電圧サージを小さくできる。
【００７１】
さらに、スイッチング素子が並列構成の場合、中立ブスバーを各素子毎に独立させ、電流を同一インピーダンスの導体で負荷に出入力するので、並列するスイッチング素子のばらつきを小さくできる。
【００７２】
さらに、冷却器両面に配置されるコンバータ装置、インバータ装置の中間位置に配置されるブスバーに複数列の平滑コンデンサを設置するので、電力変換装置の平滑コンデンサの容量を増加させ、リプル耐量を増加させることにより、平滑コンデンサの寿命を増加させることができる。
【００７３】
さらに、以上のような電力変換装置を１相分に１個使用し、かつ、複数個を接続し、複数相の電力変換装置を構成することにより、電力変換装置の小型化、保守性、作業性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力変換装置の第１の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図２】本発明に係る電力変換装置の第２の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図３】本発明に係る電力変換装置の第３の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図４】本発明に係る電力変換装置の第４の実施の形態を示す冷却器の一方面側から見た部品配置図。
【図５】本発明に係る電力変換装置の第５の実施の形態を示す冷却器側からブスバーを含む平滑コンデンサを見た図及び連結ブスバー、コンデンサ側ブスバー及び平滑コンデンサとの接続関係を示す側面図。
【図６】本発明に係る電力変換装置の第６の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図７】本発明に係る電力変換装置の第７の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図８】本発明に係る電力変換装置の変形例を説明する構成図。
第３の実施の形態におけるエレベータ制御システムの動作を説明するフローチャート。
【図９】従来の電力変換装置を説明する構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図１０】従来の電力変換装置を示す構成図であって、コンバータ装置側のブスバーとインバータ装置側のブスバーとが回路的に接続されていることを説明する回路図。
【符号の説明】
１…冷却器、２ａ，２ｂ…スイッチング素子、３ａ…コンバータ装置、３ｂ…インバータ装置、４…平滑コンデンサ、５…コンデンサ側ブスバー、６ａ，６ｂ…素子側ブスバー、５ａ、６ａａ，６ｂａ…Ｐ側ブスバー、５ｂ，６ａｂ，６ｂｂ…Ｎ側ブスバー、５ｃ，６ｂｃ，６ｂｃ…中点ブスバー、７，８ａ，８ｂ…絶縁物、９ａ，９ｂ…連結ブスバー、１０…導体。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子近傍に平滑コンデンサが設置された電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電力変換装置は、半導体デバイス、ＩＧＢＴ素子のような大容量高速スイッチング素子が用いられているが、通電時に蓄えられる回路のエネルギーにより、スイッチング素子がオンからオフに移行する際に電圧サージが生ずる。この電圧サージがスイッチング素子の定格電圧を越えると、スイッチング素子が破損することがある。
【０００３】
そこで、スイッチング素子の破損を防ぐ為、スイッチング素子の近傍に平滑コンデンサを設置し、電圧サージ発生時に生じるサージ電流を吸収し、電圧サージを低減することが行われている。
【０００４】
図９は従来の電力変換装置を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【０００５】
この電力変換装置は、冷却フイン及び放熱部からなる冷却器５１の冷却フインａ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子５２ａ、冷却器５１の冷却フインｂ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子５２ｂが取り付けられ、さらに、スイッチング素子５２ａ、スイッチング素子５２ｂの動作時に発生するサージ電圧を抑え、リプル電流を吸収する平滑コンデンサ５３ａ、５３ｂが取付けられている。なお、冷却器５１のａ面側スイッチング素子５２ａをコンバータ装置、冷却器５１のｂ面側スイッチング素子５２ｂをインバータ装置と呼ぶ。５４ａはスイッチング素子５２ａと平滑コンデンサ５３ａとを接続する主回路を構成するブスバーであり、５４ｂはスイッチング素子５２ｂと平滑コンンデンサ５３ｂとを接続する主回路を構成するブスバーである。
【０００６】
このような電力変換装置においては、図示しない制御部によって制御されるゲート信号に基づき、コンバータ装置のスイッチング素子５２ａが動作し、図示しない交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換し、さらにインバータ装置のスイッチング素子５２ｂにより再び交流電圧に変換し、図示しない負荷に供給する。この際、コンバータ側のスイッチング素子５２ａのスイッチングによって発生するサージ電圧やリプル電流を吸収するのが、スイッチング素子５２ａの近傍に設置される平滑コンデンサ５３ａであり、同様にインバータ側のスイッチング素子５２ｂのスイッチングによって発生するサージ電圧やリプル電流を吸収するのが、スイッチング素子５２ｂの近傍に設置される平滑コンデンサ５３ｂである。
【０００７】
また、従来の電力変換装置としては、特開２００２−８４７６６号公報に記載するように、スイッチング素子と平滑コンデンサとを接続するブスバーを積層化構成とし、回路内のインダクタンスを低減させて電圧サージを抑制する技術が提案されている。
【０００８】
さらに、従来の他の電力変換装置としては、特許第２５３１９２８号公報に記載するように、スイッチング素子と平滑コンデンサとを同一のブスバーで接続する構成のものも提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−８４７６６号公報
【００１０】
【特許文献２】
特許第２５３１９２８号明細書
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような電力変換装置では、次のような問題が指摘されている。
【００１２】
（１） インバータ側は、モータ等のごとき負荷が接続されていることから、スイッチング素子５２ｂに近接する平滑コンデンサ５３ｂに大きなリプル電流が流入することが多い。通常、コンバータ装置側のブスバー５４ａとインバータ装置側のブスバー５４ｂは図１０に示すごとく回路上接続されており、スイッチング素子５２ａ側の電流はブスバー５４ａを通って近い側の平滑コンデンサ５３ａに流入するが、モータ等の負荷によるリプル電流は、ブスバーが長くなる分インピーダンスが大きくなることから、平滑コンデンサ５３ａ側にはほとんど流入せず、インバータ装置側平滑コンデンサ５３ｂに流入する。その結果、平滑コンデンサの特性上、リプル電流の流入量に応じて平滑コンデンサ自身が発熱し寿命が短縮するので、コンバータ装置側平滑コンデンサ５３ａとインバータ装置側平滑コンデンサ５３ｂの寿命のバランスがくずれ、インバータ側平滑コンデンサ５３ｂの寿命が短くなってしまう。
【００１３】
（２） また、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂは、ともに熱源である冷却器５１及びスイッチング素子５２ａ，５２ｂの近傍に設置されているので、スイッチング素子５２ａ，５２ｂから発生する熱のあおりを受け、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂの周囲温度が上昇し、これら平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂの寿命が短縮する。また、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂの外形にもよるが、複数の平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂを並べた場合、スイッチング素子５２ａ，５２ｂから距離的に近いものと遠いものとがあり、かつ、各スイッチング素子５２ａ，５２ｂと平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂとを接続するブスバー５４ａ，５４ｂのインピーダンスの相違によるリプル電流量の大小により、平滑コンデンサ５３ａ，５３ｂにおける寿命上のバランスが崩れることがある。
【００１４】
（３） また、前述した特開２００２−８４７６６号公報に記載するように、ブスバーを積層構成とすれば、回路内のインダクタンスを低減させて電圧サージを抑制できるが、スイッチング素子と平滑コンデンサとの取付け位置が上下にずれている場合、スイッチング素子の発熱が取付け位置に応じて平滑コンデンサに影響を与え、当該平滑コンデンサの寿命が短くなったり、平滑コンデンサが３列以上になっている場合、ブスバー構成が複雑になり、コストアップにつながる。また、スイッチング素子の数量に対し、平滑コンデンサの数量が多い場合、スイッチング素子から平滑コンデンサの端子までの距離がばらついてインピーダンス差が生じ、ひいては平滑コンデンサの負荷のばらつきから平滑コンデンサの寿命が極端にばらつくことがある。
【００１５】
（４） さらに、前述した特許第２５３１９２８号公報に記載するように、スイッチング素子と平滑コンデンサとを同一のブスバーで接続する構成のものは、どうしてもブスバーの構成が複雑になり、コストアップにつながる他、大型の複数の平滑コンデンサを取付けることが難しくなる。さらに、冷却器の各面のスイッチング素子から平滑コンデンサまでのブスバーの構成が異なり、インピーダンスの違いから電圧サージを均等に削減することができない。
【００１６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、スイッチング素子から発生するサージ電圧の均一な削減化、平滑コンデンサの周囲温度の低減化を図り、平滑コンデンサの長寿命化を実現する電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１７】
また、本発明の他の目的は、スイッチング素子及び平滑コンデンサに関連するブスバーによるインダクタンスの削減ないしインピーダンスの均等化を図り、サージ電圧の低減化，ひいては平滑コンデンサの長寿命化を実現する電力変換装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
（１） 上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、冷却器の両面に取付けられたスイッチング素子から等距離となる中間位置に複数の平滑コンデンサを配置し、当該平滑コンデンサに対し、前記各スイッチング素子から発生するサージ電圧、前記電力変換装置の接続される負荷によるリプル電流の偏りを無くす構成である。
【００１９】
この発明は以上のような構成とすることにより、複数の平滑コンデンサが冷却器両面に設置されるスイッチング素子の中間位置に設置するので、各スイッチング素子から発生するサージ電圧を均一に削減でき、また負荷によるリプル電流を均一にして複数の平滑コンデンサに供給することが可能である。
【００２０】
なお、以上のような電力変換装置の構成において、前記複数の平滑コンデンサは前記冷却器に対して水平方向に取付けられ、また当該複数の平滑コンデンサと前記冷却器とを隔離するごとく当該冷却器に対して垂直に前記平滑コンデンサを接続する導体（コンデンサ側ブスバー）を配置し、かつ、前記冷却器両面のスイッチング素子を覆うように前記スイッチング素子を接続する導体（素子側ブスバー）を配置することにより、熱源となるスイッチング素子及び冷却器から発生される暖められた空気を遮断でき、よって、平滑コンデンサの周囲温度を低減でき、平滑コンデンサの長寿命化を図ることが可能である。
【００２１】
また、前記スイッチング素子を接続する素子側ブスバー及び前記平滑コンデンサを接続するコンデンサ側ブスバーは、それぞれ正側のスイッチング素子、前記平滑コンデンサに接続する正側ブスバー、負側のスイッチング素子、前記平滑コンデンサに接続する負側ブスバー、正側及び負側スイッチング素子の共通接続部分を接続する中点ブスバーで構成され、これら正側、負側及び中点ブスバーを絶縁層を挟んで密着すれば、各ブスバーのインダクタンスを低減化でき、サージ電圧を小さくすることが可能となる。
【００２２】
さらに、本発明は、以上のような構成の電力変換装置において、前記素子側ブスバーと前記コンデンサ側ブスバーとを連結する連結ブスバーが設けられ、この連結ブスバーは、前記冷却器にスイッチング素子が並列に配置されている場合、前記各スイッチング素子と前記各平滑コンデンサとの相対距離の変化に応じて、一部のブスバー経路の幅及び厚さを調整すれば、各スイッチング素子と各平滑コンデンサとを連結する連結ブスバーのインピーダンスを等しくすることが可能となり、ひいては各平滑コンデンサに流入するリプル電流が均一になり、平滑コンデンサの長寿命化を図ることが可能である。
【００２３】
さらに、本発明は、以上のような電力変換装置の構成において、平滑コンデンサを接続するコンデンサ側ブスバーと前記スイッチング素子を接続する素子側ブスバーまたはこれらコンデンサ側ブスバー及び素子側ブスバーを連結する連結部ブスバーとを前記平滑コンデンサの端子に共締めし固定すれば、スイッチング素子と平滑コンデンサとの距離が最小となり、スイッチング素子から平滑コンデンサまでのインピーダンスを最小にし、サージ電圧を最小にすることが可能となる。
【００２４】
さらに、本発明は、以上のような電力変換装置の構成において、前記冷却器にスイッチング素子が並列に配置されている場合、これら各スイッチング素子を接続する中点ブスバーは、前記各並列毎に独立して設けられ、かつ、ほぼ同一径及びほぼ同一長にして外部に導出すれば、並列構成のスイッチング素子の電流バランスを等しくすることが可能である。
【００２５】
さらに、本発明は、以上のような電力変換装置の構成において、前記複数の平滑コンデンサは、前記コンデンサ側ブスバーに複数列接続し、かつ、平滑コンデンサの接続する電極端子の向きを一段ずつ逆になるように配置すれば、平滑コンデンサの容量を増加させ、リプル電流耐量を増加させて、平滑コンデンサの長寿命化を図ることが可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係る電力変換装置の第１の実施の形態を示す構成図である。
【００２８】
この電力変換装置は、冷却器１のａ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ａが取付けられ、また同じく冷却器１のｂ面側に複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ｂが取り付けられている。この冷却器１のａ面側に設置される複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ａをコンバータ装置３ａ、冷却器１のｂ面側に設置される複数のＩＧＢＴ等のスイッチング素子２ｂをインバータ装置３ｂとする。４はスイッチング素子２ａ，２ｂの動作時に発生するサージ電圧を抑え、負荷によるリプル電流を吸収する平滑コンデンサであって、この平滑コンデンサ４は、冷却フイン２１の一側面側で、冷却器１に対して水平方向に取付けられ、かつ、コンバータ装置３ａ及びインバータ装置３ｂと等距離なる中間位置に配置されている。２２は冷却器１の放熱器である。５はコンデンサ側ブスバー、６ａはコンバータ側の素子側ブスバー、６ｂはインバータ側の素子側ブスバーである。
【００２９】
次に、以上のような電力変換装置の作用について説明する。
【００３０】
複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…はともに図示しない制御部からのゲート信号を受けてスイッチング動作を開始する。コンバータ装置３ａは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ａ，…の動作により、交流電源電圧を直流電圧に変換し、またインバータ装置３ｂは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ｂ，…の動作により、コンバータ装置３ａにより変換された直流電圧を交流電圧に変換し、図示しないモータ等の負荷に電力を供給する。
【００３１】
このとき、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…の動作によって電圧サージが生じるが、平滑コンデンサ４がコンバータ側スイッチング素子２ａ，…、インバータ側スイッチング素子２ｂ，…の中間位置に設置されているので、平滑コンデンサ４は、電圧サージを受ける負担率が均等になり、各平滑コンデンサ４の寿命にばらつきを無くすことができる。また、負荷が大きくなると平滑コンデンサ４に流れるリプル電流も大きくなるが、平滑コンデンサ４がスイッチング素子２ａ、２ｂから均等な距離にあるので、同様に各平滑コンデンサ４の寿命にばらつきを無くすことができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
図２は本発明に係る電力変換装置の第２の実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図１と同一部分には同一符号を付し、図１の説明に譲る。
【００３３】
この実施の形態は、複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び平滑コンデンサ４が図１と同様な配置構成となっているので、図１の説明に譲り、ここでは特にコンデンサ側ブスバー５及び素子側ブスバー６ａ，６ｂの配置構成について説明する。
【００３４】
ここで、コンデンサ側ブスバー５は、複数の平滑コンデンサ４，…を接続するものであって、平滑コンデンサ４，…と冷却器１とを隔離するように冷却器１に対して垂直に配置され、平滑コンデンサ４が発熱体であるスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び冷却器１から発生する発熱空気を遮断する構成となっている。
【００３５】
次に、以上のような実施の形態の作用を説明する。
【００３６】
複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…はともに図示しない制御部からのゲート信号を受けてスイッチング動作を開始する。これらスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…の動作によって当該スイッチング素子２ａ，２ｂが発熱するが、スイッチング素子の図示しない放熱板及び冷却器１により冷却される。但し、スイッチング素子の発熱は、図示しない放熱板以外の面からも放熱するが、冷却器１自体にも熱が印加されるので、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び冷却器１の周囲の空気の温度が上昇する。
【００３７】
ここで、平滑コンデンサ４と発熱体であるスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び冷却器１とがコンデンサ側ブスバー５で隔離されているので、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１により暖められた空気がコンデンサ側ブスバー５で遮断されるので、平滑コンデンサ４周囲の空気温度がスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１の発熱量による上昇を抑制することができる。
【００３８】
また、冷却器１両面のスイッチング素子２ａ，２ｂを覆うように当該スイッチング素子２ａ，２ｂを接続する素子側ブスバー６ａ，６ｂが配置されている。
【００３９】
従って、以上のような実施の形態によれば、複数の平滑コンデンサ４，…と冷却器１とを隔離するようにコンデンサ側ブスバー５を垂直に配置することにより、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１側の周囲空気と平滑コンデンサ４，…側の周囲空気とを遮断することにより、スイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…や冷却器１から発する暖められた空気により、平滑コンデンサ４の周囲温度が上昇を抑制でき、ひいては平滑コンデンサ４の長寿命化を図ることができる。また、冷却器両面のスイッチング素子２ａ，２ｂを覆うように前記スイッチング素子を接続する素子側ブスバー６ａ，６ｂを配置しているので、スイッチング素子２ａ，２ｂから発生する熱も遮断され、平滑コンデンサ４に与える熱的な影響を受け難くすることができる。
【００４０】
（第３の実施の形態）
図３は本発明に係る電力変換装置の第３の実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図１、図２と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は図１，図２に譲る。
【００４１】
この実施の形態は、複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…及び平滑コンデンサ４が図１と同様な配置構成であるので図１の説明に譲り、特にコンデンサ側ブスバー５及び素子側ブスバー６について説明する。
【００４２】
コンデンサ側ブスバー５は、平滑コンデンサ４と冷却器１との間に冷却器１に対して垂直方向に配置されるブスバーであって、複数のブスバー５ａ，５ｂ，５ｃからなる。また、素子側ブスバー６ａは複数のブスバー６ａａ，６ａｂ，６ａｃからなり、インバータ側の素子側ブスバー６ｂは同様に複数のブスバー６ｂａ，６ｂｂ，６ｂｃからなる。これらブスバーのうち、ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂａは正電圧側のスイッチング素子、平滑コンデンサに接続するＰ側ブスバー、５ｂ，６ａｂ，６ｂｂは負電圧側のスイッチング素子、平滑コンデンサに接続するＮ側ブスバー、５ｃ，６ｂｃ，６ｂｃは正電圧側のスイッチング素子と負電圧側のスイッチング素子との共通接続部分を接続する素子中点ブスバーである。７及び８ａ，８ｂは各ブスバー間に介在される絶縁物である。つまりＰ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂａ、Ｎ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂｂ及び素子中点ブスバー５ｃ，６ｂｃ，６ｂｃが絶縁物７，８ａ，８ｂを挟んで密着された構成となっている。
【００４３】
次に、以上のような電力変換装置の作用を説明する。
【００４４】
複数のスイッチング素子２ａ，…、２ｂ，…はともに図示しない制御部からのゲート信号を受けてスイッチング動作を開始する。コンバータ装置３ａは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ａ，…の動作により、交流電源電圧を直流電圧に変換し、インバータ装置３ｂは、ゲート信号に基づくスイッチング素子２ｂ，…の動作により、コンバータ装置３ａで変換された直流電圧を交流電圧に変換し、図示しないモータ等の負荷に電流を供給する。
【００４５】
このとき、スイッチング素子２ａ，２ｂ及び平滑コンデンサ４に接続されている各ブスバー５ａ，５ｂ，５ｃ、６ａａ，６ａｂ，６ａｃ、６ｂａ，６ｂｂ，６ｂｃのインダクタンス成分が大きい場合にサージ電圧が大きくなるが、Ｐ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂａとＮ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂｂとが絶縁物７，８ａ，８ｂを挟んで密着されているので、Ｐ側ブスバーとＮ側ブスバーのそれぞれ生じる磁束が互いに打ち消され、結果としてインダクタンスを削減することが可能となる。これにより、サージ電圧を小さくすることができる。
【００４６】
従って、以上のような実施の形態によれば、絶縁物７，８ａ，８ｂを挟んで、Ｐ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂａとＮ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂｂとを互いに密着することにより、これらＰ側ブスバー５ａ、６ａａ，６ｂａ及びＮ側ブスバー５ｂ，６ａｂ，６ｂｂのインダクタンスを削減でき、サージ電圧を小さくすることができる。
【００４７】
（第４の実施の形態）
図４は本発明に係る電力変換装置の第４の実施の形態を示す構成図である。
【００４８】
同図において、１は冷却器、２ａ（図示せず），２ｂはスイッチング素子であって、冷却器１のｂ面側にはスイッチング素子２ｂとして４列のスイッチング素子２ｂｃ，２ｂｄ，２ｂｅ，２ｂｆが配置され、図示していない冷却器ａ面側にも同様に４列のスイッチング素子が配置されている。４は平滑コンデンサであって、この平滑コンデンサ４は、複数の平滑コンデンサ４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈからなる。
【００４９】
５は平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈを接続するためのブスバー、６ａ（図示せず）、６ｂは冷却器１のａ面，ｂ面のスイッチング素子２ａｃ〜２ａｆ（図示せず）、２ｂｃ〜２ｂｆを接続するブスバー、９ａ，９ｂはブスバー５とブスバー６ａ，６ｂとを接続する連結ブスバーである。
【００５０】
この連結ブスバー９ａ，９ｂにおいても、実際には図３に対応するようにＰ側連結ブスバー９ａ（９ａａ〜９ａｃ）、Ｎ側連結ブスバー９ｂ（９ｂａ〜９ｂｃ）が設けられ、コンデンサ側ブスバー５、素子側ブスバー６ａ，６ｂと接続する部分以外は絶縁物８ａ，８ｂを介在させた状態で密着されている。この連結ブスバー９（９ａ，９ｂ）には一部に幅広の補強部９ｃが形成されている。
【００５１】
この連結ブスバー９ａ，９ｂに補強部９ｃを設けた理由は次の通りである。冷却器１へのスイッチング素子例えば２ｂｃ〜２ｂｆの取付位置と平滑コンデンサ例えば４ｃ〜４ｈとは、当該平滑コンデンサの外形等により、平滑コンデンサが電力変換装置下方に設置されるに従い、スイッチング素子例えば２ｂｃ〜２ｂｆから距離的に遠くなる。連結ブスバー９である導体は一般に経路の幅に比例してインピーダンスが大きくなることから、各連結ブスバー９ａ，９ｂともインピーダンスを等しくする必要がある。
【００５２】
そこで、連結ブスバー９ａ，９ｂは、それぞれ平滑コンデンサ４ｃ，４ｅ、４ｇ（又は４ｄ，４ｆ，４ｈ）に接続される経路の幅及び厚さを変えることにより、インピーダンスを等しくする。また、連結ブスバー９ａ，９ｂが絶縁物８ａ，８ｂを介して密着させることにより、互いのインダクタンスが打ち消され、サージ電圧を削減することができる。
【００５３】
従って、以上のような実施の形態によれば、スイッチング素子例えば２ｂｃ〜２ｂｆと平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈとの距離が異なっても、連結ブスバー９ａ，９ｂの幅及び厚さを調整することにより、各スイッチング素子２ｂｃ〜２ｂｆと平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈとの間のインピーダンスを等しくすることができ、平滑コンデンサ４ｃ〜４ｈに流入するリプル電流のばらつきを無くすことができ、しかも連結ブスバー９ａ，９ｂを絶縁物８ａ，８ｂを介して密着させることで互いのインダクタンスが打ち消され、サージ電圧の削減化により平滑コンデンサの寿命を延ばすことができる。
【００５４】
（第５の実施の形態）
図５は本発明に係る電力変換装置の第５の実施の形態を示す構成図である。なお、同図は冷却器１側から平滑コンデンサ４を見た図である。
【００５５】
平滑コンデンサ４側から冷却器１側方向に、図３に示すごとく中点コンデンサブスバー５ｃ，絶縁物８，Ｐ側コンデンサブスバー５ａ，絶縁物８，Ｎ側コンデンサブスバー５ｂの順序で配置されているが、平滑コンデンサ４の端子とコンデンサ側ブスバー５（５ａ，５ｂ）と素子側ブスバー６（６ａ，６ｂ）との接続が必要となる。
【００５６】
そこで、この実施の形態では、平滑コンデンサ４の端子４１（＋端子）、端子４２（−端子）とコンデンサ側ブスバー５，素子側ブスバー６とを共締めにより接続する構成とする。例えば素子側ブスバー６、コンデンサ側ブスバー５を平滑コンデンサ４の端子４１（＋端子）、端子４２（−端子）にねじ止めなどによって直接入れ込むことにより接続する。
【００５７】
この電力変換装置においては、スイッチング素子２ａ，２ｂの動作により電圧サージが生じるが、平滑コンデンサ４に対してサージ電流を流入させることにより吸収する。この際、スイッチング素子２ａ，２ｂ−平滑コンデンサ４間の接続を最短距離となるように接続し、ブスバーのインダクタンスを削減し、かつ、直接平滑コンデンサ４と素子側ブスバー６とを接続することにより、サージ電流を直接平滑コンデンサ４に流入することで一層の電圧サージを抑えることができる。
【００５８】
なお、図示しないがコンデンサ側ブスバー５と素子側ブスバー６との間に第４の実施の形態で示した連結ブスバー９ａ，９ｂを取付ける場合、図５（ｂ）に示すように連結ブスバー９ａ，９ｂ側からコンデンサ側ブスバー５を経由して平滑コンデンサ４の端子４１（＋端子）または端子４２（−端子）に直接ねじ止めする構成としても、前述と同様の効果を奏する。
【００５９】
（第６の実施の形態）
図６は本発明に係る電力変換装置の第６の実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図１、図３、図４と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は図１、図３、図４に譲る。
【００６０】
同図において１はＩＧＢＴ等のスイッチング素子であって、具体的には正負のスイッチング素子の組によって構成されている。６はスイッチング素子１に接続される素子側ブスバーであって、正側のスイッチング素子のエミッタと接続されるＰ側ブスバー６ａａ，６ｂａ、負側のスイッチング素子のコレクタと接続されるＮ側ブスバー６ａｂ，６ｂｂ、正側のスイッチング素子のコレクタと負側のスイッチング素子のコレクタとを接続する素子中点ブスバー６ｂｃ，６ｂｃが設けられている。
【００６１】
これら素子中点ブスバー６ｂｃ，６ｂｃは並列に構成されている正負のスイッチング素子の組毎に独立して設けられている。そこで、各独立した中点ブスバー６ｂｃ，…、６ａｃ，…からそれぞれ導体１０が導出されているが、これら各導体１０としては、同一径及び同一長となるように導出することにより、同一インピーダンスとし、図示しない電力変換装置外部の負荷に接続する構成とする。
【００６２】
従って、以上のような実施の形態によれば、図示しない電力変換装置外部の負荷に大電流を出入力させるために、並列接続構成のスイッチング素子２毎に設けられた中点ブスバー６ｂｃ，…、６ａｃ，…に同一径，同一長の同一インピーダンスの導体１０を取り出すことにより、図示しない電力変換装置の外部負荷までの経路が同一インピーダンスとなり、よって、並列接続されたスイッチング素子スイッチング素子２ａｃ〜２ａｆ（図示せず）、２ｂｃ〜２ｂｆの負荷率のばらつきを小さくすることができる。
【００６３】
（第７の実施の形態）
図７は本発明に係る電力変換装置の第７の実施の形態を示す構成図である。
【００６４】
この実施の形態は、例えば３列の平滑コンデンサ４がコンデンサ側ブスバー５（５ａ，５ｂ，５ｃ）に接続され、さらにコンバータ装置３ａ，インバータ装置３ｂの素子側ブスバー６（６ａａ，６ａｂ、６ａｃ、６ｂａ，６ｂｂ，６ｂｃ）に接続されている。なお、平滑コンデンサ４の接続方法は、図５で示しているので、ここでは省略する。平滑コンデンサ４の端子４１（＋端子），４２（−端子）は、一段ずつ逆に配列し、コンデンサ側ブスバー５と素子側ブスバー６の接続に対し、Ｐ側，Ｎ側の接続が交互、かつ、等間隔な構成となっている。
【００６５】
以上のような実施の形態によれば、冷却器１の両面に配置されるコンバータ装置３ａ、インバータ装置３ｂの中間位置に配置されるブスバー５に複数列の平滑コンデンサ４を並設することにより、電力変換装置の平滑コンデンサ４の容量を増加させ、リプル耐量を増加させることにより平滑コンデンサ４の寿命を延ばすことができる。
【００６６】
なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。上記実施の形態（図１ないし図７）では、１個の電力変換装置について説明したが、図８に示すように３個組み合わせることにより、３相分の電力変換装置を構成する。１１ａ，１１ｂ，１１ｃは各相の電力変換装置であって、これら電力変換装置１１ａ，１１ｂ，１１ｃは下部の相接続ブスバー１２ａ，１２ｂにより接続されている。
【００６７】
このような構成によれば、各相毎に１個の電力変換装置を使用することにより、部品の小型化、保守性、作業性を向上させることができる。
【００６８】
また、各実施の形態は可能な限り組み合わせて実施することが可能であり、その場合には組み合わせによる効果が得られる。さらに、上記各実施の形態には種々の上位，下位段階の発明が含まれており、開示された複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得るものである。例えば問題点を解決するための手段に記載される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されうることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、平滑コンデンサを接続するブスバーから冷却器の両面に設置されるスイッチング素子までの距離を等しくし、電圧サージやリプル電流の偏りがなくし、平滑コンデンサの寿命のばらつきを無くすことができる。また、平滑コンデンサが冷却器に水平に取付け、また平滑コンデンサに接続するブスバーが冷却器に対して垂直に配置し、スイッチング素子、冷却器側の周囲の空気と平滑コンデンサの周囲の空気との流通を遮断しているので、スイッチング素子や冷却器の発熱量により、平滑コンデンサの周囲温度が上昇することなく、平滑コンデンサの長寿命化を図ることができる。
【００７０】
また、絶縁物を挟んでＰ側ブスバーとＮ側ブスバーとを密着する構成であるので、ブスバーのインダクタンスを削減でき、これにより電圧サージを小さくできる。
【００７１】
さらに、スイッチング素子が並列構成の場合、中立ブスバーを各素子毎に独立させ、電流を同一インピーダンスの導体で負荷に出入力するので、並列するスイッチング素子のばらつきを小さくできる。
【００７２】
さらに、冷却器両面に配置されるコンバータ装置、インバータ装置の中間位置に配置されるブスバーに複数列の平滑コンデンサを設置するので、電力変換装置の平滑コンデンサの容量を増加させ、リプル耐量を増加させることにより、平滑コンデンサの寿命を増加させることができる。
【００７３】
さらに、以上のような電力変換装置を１相分に１個使用し、かつ、複数個を接続し、複数相の電力変換装置を構成することにより、電力変換装置の小型化、保守性、作業性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電力変換装置の第１の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図２】本発明に係る電力変換装置の第２の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図３】本発明に係る電力変換装置の第３の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図４】本発明に係る電力変換装置の第４の実施の形態を示す冷却器の一方面側から見た部品配置図。
【図５】本発明に係る電力変換装置の第５の実施の形態を示す冷却器側からブスバーを含む平滑コンデンサを見た図及び連結ブスバー、コンデンサ側ブスバー及び平滑コンデンサとの接続関係を示す側面図。
【図６】本発明に係る電力変換装置の第６の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図７】本発明に係る電力変換装置の第７の実施の形態を示す構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図８】本発明に係る電力変換装置の変形例を説明する構成図。
第３の実施の形態におけるエレベータ制御システムの動作を説明するフローチャート。
【図９】従来の電力変換装置を説明する構成図であって、同図（ａ）は冷却器の一方面側を見た部品配置図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’矢視図。
【図１０】従来の電力変換装置を示す構成図であって、コンバータ装置側のブスバーとインバータ装置側のブスバーとが回路的に接続されていることを説明する回路図。
【符号の説明】
１…冷却器、２ａ，２ｂ…スイッチング素子、３ａ…コンバータ装置、３ｂ…インバータ装置、４…平滑コンデンサ、５…コンデンサ側ブスバー、６ａ，６ｂ…素子側ブスバー、５ａ、６ａａ，６ｂａ…Ｐ側ブスバー、５ｂ，６ａｂ，６ｂｂ…Ｎ側ブスバー、５ｃ，６ｂｃ，６ｂｃ…中点ブスバー、７，８ａ，８ｂ…絶縁物、９ａ，９ｂ…連結ブスバー、１０…導体。
Claims (7)
- 冷却器の両面にそれぞれ取付けられた複数のスイッチング素子と、これらスイッチング素子の近傍に設置され、前記スイッチング素子の動作により発生するサージ電圧を抑制する複数の平滑コンデンサとで構成された電力変換装置において、
前記冷却器の両面に取付けられたスイッチング素子から等距離となる中間位置に前記複数の平滑コンデンサを配置し、当該平滑コンデンサに対し、前記各スイッチング素子から発生するサージ電圧、前記電力変換装置の接続される負荷によるリプル電流の偏りを無くすようにしたことを特徴とした電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置において、
前記複数の平滑コンデンサは前記冷却器に対して水平方向に取付けられ、また当該複数の平滑コンデンサと前記冷却器とを隔離するごとく当該冷却器に対して垂直に前記平滑コンデンサを接続する導体（コンデンサ側ブスバー）を配置し、かつ、前記冷却器両面のスイッチング素子を覆うように前記スイッチング素子を接続する導体（素子側ブスバー）を配置したことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項２に記載の電力変換装置において、
前記スイッチング素子を接続する素子側ブスバー及び前記平滑コンデンサを接続するコンデンサ側ブスバーは、それぞれ正側のスイッチング素子、前記平滑コンデンサに接続する正側ブスバー、負側のスイッチング素子、前記平滑コンデンサに接続する負側ブスバー、正側及び負側スイッチング素子の共通接続部分を接続する中点ブスバーで構成され、これら正側、負側及び中点ブスバーを絶縁層を挟んで密着したことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項２または請求項３に記載の電力変換装置において、
前記素子側ブスバーと前記コンデンサ側ブスバーとを連結する連結ブスバーが設けられ、この連結ブスバーは、前記冷却器にスイッチング素子が並列に配置されている場合、前記各スイッチング素子と前記各平滑コンデンサとの相対距離の変化に応じて、一部のブスバー経路の幅を変更することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記平滑コンデンサを接続するコンデンサ側ブスバーと前記スイッチング素子を接続する素子側ブスバーまたはこれらコンデンサ側ブスバー及び素子側ブスバーを連結する連結部ブスバーとを前記平滑コンデンサの端子に共締めし固定することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項２ないし請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記冷却器にスイッチング素子が並列に配置されている場合、これら各スイッチング素子を接続する中点ブスバーは、前記各並列毎に独立して設けられ、かつ、ほぼ同一径及びほぼ同一長にして外部に導出することを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電力変換装置において、
前記複数の平滑コンデンサは、前記コンデンサ側ブスバーに複数列接続し、かつ、平滑コンデンサの接続する電極端子の向きを一段ずつ逆になるようにしたことを特徴とする電力変換装置。
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