JP2011211784A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線インダクタンスの低減を図りつつ小型化を実現することができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】逆変換器４は、対をなす逆変換スタック４１と逆変換スタック４３とが、逆変換スタック４１の上アームと、逆変換スタック４３の下アームとが電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなると共に、逆変換スタック４１の下アームと、逆変換スタック４３の上アームとが電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように、冷却器を挟んで正面側と背面側に配置される。また、対をなす逆変換スタック４２と逆変換スタック４４とが、逆変換スタック４２の上アームと、逆変換スタック４４の下アームとが電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなると共に、逆変換スタック４２の下アームと、逆変換スタック４４の上アームとが電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように、冷却器を挟んで背面側と正面側に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置に関する。

一般的に、半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置では、負荷の高力率化や回路サ―ジ電圧の発生抑制の観点から、コンデンサと各半導体スイッチング素子との間の配線インダクタンスを小さくすることが求められている。

例えば、下記特許文献１の電力変換装置では、配線インダクタンスを小さくするために、電流経路としてコンデンサに至る複数の往路の距離の和と、複数の復路の距離の和とが、大きさがほぼ等しく、向きが逆となるように往路と復路を各々１枚の導体板で構成している。

特開２００７−２２８６３９号公報

しかしながら、従来の電力変換装置では、配線インダクタンスの低減は図れるものの、半導体スイッチング素子の並列数が多くなると、往路と復路の各々の導体板の面積が大きくなり、装置が大型化すると共に、平板薄板の導体板の製作も困難となる。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みて、配線インダクタンスの低減を図りつつ小型化を実現することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、第１発明の電力変換装置は、１または複数の半導体スイッチング素子が直列に接続されたアームを２つ直列に接続した複数の第１レグ回路と、前記アームを２つ直列に接続した、前記第１レグ回路と同数の第２レグ回路とを、前記複数の第１レグ回路を第一相とし、前記複数の第２レグ回路を第二相として単相フルブリッジ接続した電力変換装置において、
各々ナンバーリングされて２ｍ個（ただしｍは自然数とする）の並列構成となっている前記複数の第１レグ回路（１番目、２番目、・・・、（２ｍ−１）番目、２ｍ番目）と、前記複数の第１レグ回路に対応して各々ナンバーリングされて２ｍ個の並列構成となっている前記複数の第２レグ回路（１番目、２番目・・・、（２ｍ−１）番目、２ｍ番目）とは、任意の自然数ｎ（ただしｎは、ｎ≦ｍ）に対して、
（２ｎ−１）番目の第１レグ回路の上アームと、（２ｎ−１）番目の第２レグ回路の下アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなると共に、該（２ｎ−１）番目の第１レグ回路の下アームと、該（２ｎ−１）番目の第２レグ回路の上アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように、該（２ｎ−１）番目の第１レグ回路を対称面の表面に、該（２ｎ−１）番目の第２レグ回路を該対称面の裏面に配置し、
２ｎ番目の第１レグ回路の上アームと、２ｎ番目の第２レグ回路の下アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなると共に、該２ｎ番目の第１レグ回路の下アームと、該２ｎ番目の第２レグ回路の上アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように、該２ｎ番目の第１レグ回路を前記対称面の裏面に、該２ｎ番目の第２レグ回路を対称面の表面に配置することを特徴とする。

かかる第１発明の電力変換装置によれば、偶数配列構成（２並列、４並列、・・２ｍ並列構成）の場合にも、１または複数の第１レグ回路および第２レグ回路が次の条件を満たすように、各素子が配置される。

すなわち、第１レグ回路の上アームと、ナンバーリングにより対応付けられた第２レグ回路の下アームとが電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなると共に、第１レグ回路の下アームと、ナンバーリングにより対応付けられた第２レグ回路の上アームとが電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように、対称面の表側と裏側に配置される。

さらに、上記第１レグ回路およびこれに対応する第２レグ回路に付されたナンバーと前後するナンバーリングがされた第１レグ回路および第２レグ回路では、表裏を逆にして、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように上アームと下アームが対称面の裏面および表面に配置される。

このように、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように上アームと下アームとを配置することで、半導体スイッチング素子やこれらを接続する配線導体の間の相互インダクタンスを負として配線インダクタンスの低減を図ることができる。

また、半導体スイッチング素子やこれらを接続する配線導体を対称面の表面と裏面に分散して配置することができ、装置の小型化を図ることができる。加えて、配線導体である配線導体板（ブスバー）の面積を小さくすることができ、配線導体板の工作性も向上させることができる。

第２発明の電力変換装置は、１または複数の半導体スイッチング素子が直列に接続されたアームを２つ直列に接続した複数の第１レグ回路と、前記アームを２つ直列に接続した、前記第１レグ回路と同数の第２レグ回路とを、前記複数の第１レグ回路を第一相とし、前記複数の第２レグ回路を第二相として単相フルブリッジ接続した電力変換装置において、
各々ナンバーリングされて（２ｍ＋１）個（ただしｍは自然数とする）の並列構成となっている前記複数の第１レグ回路（１番目、２番目、・・・、２ｍ番目、（２ｍ＋１）番目）と、前記複数の第１レグ回路に対応して各々ナンバーリングされて（２ｍ＋１）個の並列構成となっている前記複数の第２レグ回路（１番目、２番目、・・・、２ｍ番目、（２ｍ＋１）番目）とは、任意の自然数ｎ（ただしｎは、ｎ≦ｍ）に対して、
２ｎ番目の第１レグ回路の上アームと、２ｎ番目の第２レグ回路の下アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなると共に、該２ｎ番目の第１レグ回路の下アームと、該２ｎ番目の第２レグ回路の上アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように、該２ｎ番目の第１レグ回路を対称面の裏面に、該２ｎ番目の第２レグ回路を該対称面の表面に配置し、
（２ｎ＋１）番目の第１レグ回路の上アームと、（２ｎ＋１）番目の第２レグ回路の下アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなると共に、該（２ｎ＋１）番目の第１レグ回路の下アームと、該（２ｎ＋１）番目の第２レグ回路の上アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように、該（２ｎ＋１）番目の第１レグ回路を前記対称面の表面に、該（２ｎ＋１）番目の第２レグ回路を該対称面の裏面に配置することを特徴とする。

第２発明の電力変換装置によれば、奇数配列構成（３並列、５並列、・・（２ｍ＋１）並列構成）の場合にも、第１発明の電力変換装置と同様に、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように上アームと下アームとを配置することで、半導体スイッチング素子やこれらを接続する配線導体の間の相互インダクタンスを負として配線インダクタンスの低減を図ることができる。

また、半導体スイッチング素子やこれらを接続する配線導体を対称面の表面と裏面に分散して配置することができ、装置の小型化を図ることができる。加えて、配線導体である配線導体板（ブスバー）の面積を小さくすることができ、配線導体板の工作性も向上させることができる。

第３発明の電力変換装置は、第１または第２発明において、ナンバーリングにより対応付けられた前記第１レグ回路および前記第２レグ回路は、該第１レグ回路の上アームと、該第２レグ回路の下アームとが、冷却器を挟んで配置されると共に、該第１レグ回路の下アームと、該第２レグ回路の上アームとが、前記冷却器を挟んで配置されることを特徴とする。

第３発明の電力変換装置によれば、ナンバーリングにより対応付けられた第１レグ回路および第２レグ回路の上・下アームを冷却器を挟んで配置することで、レグ回路を構成する素子や冷却器を空間的に集約して装置の小型化を図ることができ、さらに装置の小型化を図る際に問題となる放熱性を併せて解決することができる。

第４発明の電力変換装置は、第１〜第３発明のいずれかにおいて、前記複数の第１レグ回路の上アームは、直流導体からそれぞれ上アームを経由して負荷へ至る各電流経路の長さがすべて同一であり、且つ、該複数の第１レグ回路の下アームは、負荷からそれぞれ下アームを経由して直流導体へ至る各電流経路の長さがすべて同一であり、
前記複数の第２レグ回路の上アームは、直流導体からそれぞれ上アームを経由して負荷へ至る各電流経路の長さがすべて同一であり、且つ、該複数の第２レグ回路の下アームは、負荷からそれぞれ下アームを経由して直流導体へ至る各電流経路の長さがすべて同一であることを特徴とする。

第４発明の電力変換装置によれば、第１レグ回路は、上アームを経由して負荷へ至る複数の電流経路がすべて同一であり、複数の経路の間で電流アンバランスを生じることがない。同様に、第１レグ回路は、負荷から下アームを経由して直流導体へ至る複数の電流経路がすべて同一であり、複数の経路の間で電流アンバランスを生じることがない。

これは、第２レグ回路についても同様である。すなわち、第２レグ回路の上アームを経由して負荷へ至る複数の電流経路がすべて同一で、電流アンバランスを生じることがない。また、負荷から下アームを経由して直流導体へ至る複数の電流経路がすべて同一で、電流アンバランスを生じることがない。そのため、上述のように配線インダクタンスの低減を図りながら、特定の素子に過大な電流が流れることを防止することができる。

なお、補足をすると、従前の電力変換装置に対して、第１〜第４発明の電力変換装置は、以下の点においても優れた作用効果を奏するものである。

まず、従前の電力変換装置では、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子の並列数の増加に伴い、往路と復路の導体板の面積が各々広くなり、導体板に空いている半導体スイッチング素子の端子との絶縁距離を確保するための開口穴の数が多くなるが、本発明の電力変換装置は、素子の端子に接続されている導体板が単独かつ同一形状で構成されているため、開口穴が不要であり、各アームの電流密度に差異がなく局部加熱が生じることもない。

また、従前の電力変換装置では、往路と復路の平行平板導体が各々１枚で構成されており、全ての半導体スイッチング素子の端子と接続されているため、少なくとも１つの素子が破損して、これを交換する場合には、前記平行平板導体と接続されているすべての素子を切り離す必要があるが、本発明では、素子の端子に接続されている導体板が単独かつ分割可能であるため、かかる事態を回避して、良好なメンテナンス性を実現することができる。

本実施形態の電力変換装置の回路図。 図１の電力変換装置の素子の配置を示す説明図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図。 定常状態における電流経路を示す説明図。 転流時における電流経路を示す説明図。

図１を参照して、本実施形態の電力変換装置について説明する。電力変換装置は、例えば、誘導加熱装置や誘導溶解炉等に用いられるものである。

具体的に、電力変換装置は、電源１と、三相順変換器２と、直流リアクトル３と、逆変換器４と、力率改善用コンデンサ１１（本発明のコンデンサに相当する）と、加熱コイル１２とを備える。

電源１は、商用周波数の交流電源であって、三相順変換器２に接続されている。

三相順変換器２は、電源１の交流電力を直流電力に変換する回路であり、具体的には、サイリスタ等により構成される。

直流リアクトル３は、三相順変換器２で生成された直流電圧のリプル分を除去すると共に、逆変換器４、力率改善用コンデンサ１１および加熱コイル１２の破損時に発生し得る過電流の急激な増加を抑制する。

逆変換器４は、複数の逆変換スタック４１〜４４（本発明のレグ回路）により構成され、三相順変換器２で変換された直流電力を交流電力に変換して、加熱コイル１２側へ出力する。なお、逆変換器４の詳細は、後述する。

配線インダクタンス９は、逆変換器４と力率改善用コンデンサ１１との間に発生するインダクタンスである。

力率改善用コンデンサ１１は、加熱コイル１２の遅れ力率を進み力率に改善するためのコンデンサである。

加熱コイル１２は、例えば、コイル１２を巻回した炉内に鉄等の金属材料を投入して、逆変換器４から高周波電力を供給することで、炉内の金属材料に渦電流を発生させて、金属材料をジュール熱により加熱溶解させるものである。

次に、説明を後回しにした逆変換器４の構成について説明する。

逆変換器４を構成する逆変換スタック４１は、半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴ４５ａ（絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ）と逆阻止ダイオード５１を配線導体６１で直列に接続したものから構成される上アームと、ＩＧＢＴ４５ｂと逆阻止ダイオード５５を配線導体６５で直列に接続したものから構成される下アームとを、配線導体７１で直列に接続したものであり、本発明の第１レグ回路（より正確には、第１番目の第１レグ回路）に相当する。

同様に、逆変換スタック４２は、ＩＧＢＴ４６ａと逆阻止ダイオード５２を配線導体６２で直列に接続したものから構成される上アームと、ＩＧＢＴ４６ｂと逆阻止ダイオード５６を配線導体６６で直列に接続したものから構成される下アームとを、配線導体７２で直列に接続したものであり、第１レグ回路（第２番目の第１レグ回路）に相当する。

逆変換スタック４３は、ＩＧＢＴ４７ａと逆阻止ダイオード５３を配線導体６３で直列に接続したものから構成される上アームと、ＩＧＢＴ４７ｂと逆阻止ダイオード５７を配線導体６７で直列に接続したものから構成される下アームとを、配線導体７３で直列に接続したものであり、逆変換スタック４１と対をなす第２レグ回路（より正確には、第１番目の第２レグ回路）に相当する。なお、逆変換スタックの対については、後述する。

逆変換スタック４４は、ＩＧＢＴ４８ａと逆阻止ダイオード５４を配線導体６４で直列に接続したものから構成される上アームと、ＩＧＢＴ４８ｂと逆阻止ダイオード５８を配線導体６８で直列に接続したものから構成される下アームとを、配線導体７４で直列に接続したものであり、逆変換スタック４２と対をなす第２レグ回路（第２番目の第２レグ回路）に相当する。

そして、これらの逆変換スタック４１〜４４は、逆変換スタック４１，４２の上アームと下アームとの間で、単相交流のＵ相（第一相）として加熱コイル１２およびコンデンサ１１の一端に接続されると共に、逆変圧スタック４３，４４の上アームと下アームとの間で、単相交流のＶ相（第二相）として、加熱コイル１２およびコンデンサ１１の一端に接続された単相フルブリッジ構成となっている。

図２を参照して、これら逆変換スタック４１〜４４の素子の配置について説明する。図２は、左側が逆変換器４を正面（本発明の対称面の表面に相当する）から見た外形図であり、右側が背面（本発明の対称面の裏面に相当する）から見た外形図となっている。

逆変換スタック４１（第１番目の第１レグ回路）は、正面側（図中左側）に配置され、逆変換スタック４３（第１番目の第２レグ回路）が、背面側（図中右側）に、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように配置され、これら逆変換スタック４１と逆変換スタック４３が対となっている。

また、逆変換スタック４２（第２番目の第１レグ回路）は、背面側（図中右側）に配置され、逆変換スタック４４（第２番目の第２レグ回路）が、正面側（図中左側）に、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように配置され、これら逆変換スタック４２と逆変換スタック４４が対となっている。

補足すると、複数の第１レグ回路に相当する逆変換スタック４１，４２は、第１番目、第２番目のようにナンバーリングにより区別されており、このナンバーリングに対応した形で対をなす、複数の第２レグ回路に相当する逆変換スタック４３，４４にナンバーリングが付されている。

次に、各逆変換スタック４１〜４４の具体的な構成について説明する。

まず、ナンバーリングの第１番目の逆変換スタック４１と逆変換スタック４３は、逆変換スタック４１を構成するＩＧＢＴ４５ａ，４５ｂと、逆変換スタック４３を構成するＩＧＢＴ４７ｂ，４７ａとが、正面側と背面側に配置される。また、逆変換スタック４１を構成する逆阻止ダイオード５１，５５と、逆変換スタック４３を構成する逆阻止ダイオード５７，５３とが、正面側と背面側に配置される。さらに、逆変換スタック４１で素子間の接続を行う接続導体６１，６５、直流側（入力側）のＰ側直流導体５および交流側（出力側）のＵ相交流導体７と、逆変換スタック４３で素子間の接続を行う接続導体６７，６３、直流側のＮ側直流導体６および交流側のＶ相交流導体８とが、正面側と背面側に配置される。

また、ナンバーリングの第２番目の逆変換スタック４２と逆変換スタック４４は、逆変換スタック４４を構成するＩＧＢＴ４８ａ，４８ｂと、逆変換スタック４２を構成するＩＧＢＴ４６ｂ，４６ａとが、正面側と背面側に配置される。また、逆変換スタック４４を構成する逆阻止ダイオード５４，５８と、逆変換スタック４２を構成する逆阻止ダイオード５６，５２とが、正面側と背面側に配置される。さらに、逆変換スタック４４で素子間の接続を行う接続導体６４，６８、直流側のＰ側直流導体５および交流側のＶ相交流導体８と、逆変換スタック４２で素子間の接続を行う接続導体６６，６２、直流側のＮ側直流導体６および交流側のＵ相交流導体７とが、正面側と背面側に配置される。

図３を参照して、正面側と背面側における逆変換スタック４１〜４４の素子の配置について補足説明する。

逆変換器４の両側に、直流側（入力側）のＰ側直流導体５と、Ｎ側直流導体６とが極性を換えて上下に配置されている。また、逆変換器４の中央部には、一端（図中左側）からそれぞれ上下方に分岐して、逆変換器４の中央部へ延設された交流側（出力側）のＵ相交流導体７と、Ｖ相交流導体８とが配置され、これらの導体５，７と６，８との間に、逆変換スタック４１〜４４を構成する各素子が、平板状の冷却器１３を挟んで背中合わせに配置される。

なお、補足すると、背中合わせに配置される素子の組合せは、図２で説明したように、対をなす逆変換スタック４１と４３、４２と４４の素子であり、平板状の冷却器が本発明の対称面に相当する。

また、直流側（入力側）のＰ側直流導体５とＮ側直流導体６との間には、図示しない絶縁板が挿入されており、同様に、交流側（出力側）のＵ相交流導体７とＶ相交流導体８との間には、図示しない絶縁板が挿入されている。

このように、対をなす逆変換スタック４１と４３、４２と４４の素子同士を正面側と背面側に分散して配置することができ、素子や冷却器を空間的に集約して装置の小型化を図ることができる。さらに、対をなす逆変換スタック４１と４３、４２と４４の冷却器を共通化することで冷却効率の向上および部品点数の削減を図ることができる。

次に、図４を参照して、定常状態における電流経路の一例について説明する。

図４は、逆変換スタック４１のＩＧＢＴ４５ａおよび逆変換スタック４２のＩＧＢＴ４６ａと、逆変換スタック４３のＩＧＢＴ４７ｂおよび逆変換スタック４４のＩＧＢＴ４８ｂとがＯＮしている期間における経路であって、直流側（入力側）のＰ側直流導体５から、Ｕ相交流導体７、出力側の力率改善用コンデンサ１１および加熱コイル１２を経て、Ｖ相交流導体８からＮ側直流導体６へ戻る経路となっている。なお、かかる定常状態における電流経路は、逆変換スタック４１〜４４のＩＧＢＴ４５ａ，４５ｂ〜４８ａ，４８ｂのＯＮ／ＯＦＦに応じて半サイクル毎に変化する。

より具体的には、かかる定常状態の電流経路は、図４（ａ）に示すように、第１レグ回路である逆変換スタック４１，４２の上アームを経てＵ相交流導体７へ至る電流経路Ａ，Ｂと、Ｖ相交流導体８から、第２レグ回路である逆変換スタック４３，４４の下アームを経てＮ側直流導体６へ戻る電流経路Ｃ，Ｄにより構成される。

ここで、電流経路Ａ，Ｂは、図４（ｂ）に示すように、これらの経路長が同一となっている。さらに、電流経路Ａ，Ｂ上に存在する素子も同一である。これは、電流経路Ｃ，Ｄについても同様であり、これら電流経路Ｃ，Ｄの経路長が同一であり、経路上に存在する素子も同一である。

このように、電流経路Ａ，Ｂの経路長を同一とし、電流経路Ｃ，Ｄの経路長を同一とすることで、これらの間に電流アンバランスを生じること回避することができ、特定の素子に過大な電流が流れることを防止することができる。

さらに、この場合には、対をなす逆変換スタック４１と４３、４２と４４では、その電流経路とが、正面側と背面側で面対称となっている。

より具体的には、対をなす逆変換スタック４１と４３では、電流経路Ａと電流経路Ｃとが、正面側と背面側で面対称で電流の向きが逆向きとなっている。

これは、対をなす逆変換スタック４２と４４についても同様であり、電流経路Ｂと電流経路Ｄとが、背面側と正面側で面対称で電流の向きが逆向きとなっている。

このように、対をなす逆変換スタック４１と４３、４２と４４の電流経路が面対称で電流の向きが逆向きとなるように配置することで、ＩＧＢＴ４５ａ，４５ｂ〜４８ａ，４８ｂやこれらを接続する配線導体６１〜６８等の間の相互インダクタンスを負として配線インダクタンスの低減を図ることができる。

次に、図５を参照して、転流時における電流経路一例について説明する。

図５は、図４の状態から、逆変換スタック４１のＩＧＢＴ４５ｂおよび逆変換スタック４２のＩＧＢＴ４６ｂと、逆変換スタック４３のＩＧＢＴ４７ａおよび逆変換スタック４４のＩＧＢＴ４８ａとをＯＮさせた際の負荷電圧による過渡的な転流の経路を示したものである。

より具体的には、ここでの転流経路は、図５（ａ）に示すように、第１には、逆変換スタック４１の上アームから逆変換スタック４４の上アームへの転流経路Ｘと、逆変換スタック４２の上アームから逆変換スタック４３の上アームへの転流経路Ｙである。また、第２には、逆変換スタック４４の下アームから逆変換スタック４１の下アームへの転流経路Ｚと、逆変換スタック４３の下アームから逆変換スタック４２の下アームへの転流経路Ｗがある。

ここで、転流経路Ｘ，Ｗは、図５（ｂ）に示すように、すべての区間において両経路は構造的に正反対となっており、且つ転流経路の方向が逆となっている。これは、転流経路Ｙ，Ｚについても同様であり、すべての区間において両経路は構造的に正反対となっており、且つ転流経路の方向が逆となっている。そのため、上述の定常状態の場合と同様、ＩＧＢＴ４５ａ，４５ｂ〜４８ａ，４８ｂやこれらを接続する配線導体６１〜６８等の間の相互インダクタンスを負として配線インダクタンスの低減を図ることができる。

さらに、転流経路Ｘ，Ｙは、図５（ｂ）に示すように、これらの経路長が同一となっている。そのため、これらの間に電流アンバランスを生じること回避することができ、特定の素子に過大な電流が流れることを防止することができる。これは、さらに、転流経路Ｚ，Ｗについても同様であり、これらの経路長が同一であり、電流アンバランスを生じること回避することができ、特定の素子に過大な電流が流れることを防止することができる。

以上、詳しく説明したように、本実施形態の電力変換装置の逆変換器４の構成によれば、配線インダクタンスおよび電流アンバランスの低減を図りつつ、装置の小型化を実現することができる。

また、本実施形態の電力変換装置によれば、配線導体板（ブスバー）の面積を小さくすることができ、配線導体板の工作性も向上させることができる。

なお、本実施形態の逆変換器４では、第１レグ回路に相当する逆変換スタック４１，４２と、第２レグ回路に相当する逆変換スタック４３，４４とをそれぞれ２つ備える２並列構成について説明したが、これに限定されるものではなく、４並列、・・２ｍの偶数並列構成や、３並列、５並列、・・（２ｍ＋１）の奇数配列構成であってもよい。

１…電源（商用交流電源）、２…三相順変換器、３…直流リアクトル、４…逆変換器、９…配線インダクタンス、１１…力率改善用コンデンサ、１２…加熱コイル、１３…冷却器（）、４１…逆変換スタック（第１番目の第１レグ回路）、４２…逆変換スタック（第２番目の第１レグ回路）４３…逆変換スタック（第１番目の第２レグ回路）、４４…逆変換スタック（第２番目の第２レグ回路）、４５ａ〜４８ａ，４５ｂ〜４８ｂ…ＩＧＢＴ(半導体スイッチング素子)、５１〜５８…逆阻止ダイオード（ダイオード）。

Claims (4)

1. １または複数の半導体スイッチング素子が直列に接続されたアームを２つ直列に接続した複数の第１レグ回路と、前記アームを２つ直列に接続した、前記第１レグ回路と同数の第２レグ回路とを、前記複数の第１レグ回路を第一相とし、前記複数の第２レグ回路を第二相として単相フルブリッジ接続した電力変換装置において、
   各々ナンバーリングされて２ｍ個（ただしｍは自然数とする）の並列構成となっている前記複数の第１レグ回路（１番目、２番目、・・・、（２ｍ−１）番目、２ｍ番目）と、前記複数の第１レグ回路に対応して各々ナンバーリングされて２ｍ個の並列構成となっている前記複数の第２レグ回路（１番目、２番目・・・、（２ｍ−１）番目、２ｍ番目）とは、任意の自然数ｎ（ただしｎは、ｎ≦ｍ）に対して、
   （２ｎ−１）番目の第１レグ回路の上アームと、（２ｎ−１）番目の第２レグ回路の下アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなると共に、該（２ｎ−１）番目の第１レグ回路の下アームと、該（２ｎ−１）番目の第２レグ回路の上アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように、該（２ｎ−１）番目の第１レグ回路を対称面の表面に、該（２ｎ−１）番目の第２レグ回路を該対称面の裏面に配置し、
   ２ｎ番目の第１レグ回路の上アームと、２ｎ番目の第２レグ回路の下アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなると共に、該２ｎ番目の第１レグ回路の下アームと、該２ｎ番目の第２レグ回路の上アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように、該２ｎ番目の第１レグ回路を前記対称面の裏面に、該２ｎ番目の第２レグ回路を対称面の表面に配置することを特徴とする電力変換装置。
2. １または複数の半導体スイッチング素子が直列に接続されたアームを２つ直列に接続した複数の第１レグ回路と、前記アームを２つ直列に接続した、前記第１レグ回路と同数の第２レグ回路とを、前記複数の第１レグ回路を第一相とし、前記複数の第２レグ回路を第二相として単相フルブリッジ接続した電力変換装置において、
   各々ナンバーリングされて（２ｍ＋１）個（ただしｍは自然数とする）の並列構成となっている前記複数の第１レグ回路（１番目、２番目、・・・、２ｍ番目、（２ｍ＋１）番目）と、前記複数の第１レグ回路に対応して各々ナンバーリングされて（２ｍ＋１）個の並列構成となっている前記複数の第２レグ回路（１番目、２番目、・・・、２ｍ番目、（２ｍ＋１）番目）とは、任意の自然数ｎ（ただしｎは、ｎ≦ｍ）に対して、
   ２ｎ番目の第１レグ回路の上アームと、２ｎ番目の第２レグ回路の下アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなると共に、該２ｎ番目の第１レグ回路の下アームと、該２ｎ番目の第２レグ回路の上アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように、該２ｎ番目の第１レグ回路を対称面の裏面に、該２ｎ番目の第２レグ回路を該対称面の表面に配置し、
   （２ｎ＋１）番目の第１レグ回路の上アームと、（２ｎ＋１）番目の第２レグ回路の下アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなると共に、該（２ｎ＋１）番目の第１レグ回路の下アームと、該（２ｎ＋１）番目の第２レグ回路の上アームとが、電流経路が面対称でかつ電流の向きが逆向きとなるように、該（２ｎ＋１）番目の第１レグ回路を前記対称面の表面に、該（２ｎ＋１）番目の第２レグ回路を該対称面の裏面に配置することを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または２記載の電力変換装置において、
   ナンバーリングにより対応付けられた前記第１レグ回路および前記第２レグ回路は、該第１レグ回路の上アームと、該第２レグ回路の下アームとが、冷却器を挟んで配置されると共に、該第１レグ回路の下アームと、該第２レグ回路の上アームとが、前記冷却器を挟んで配置されることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の電力変換装置において、
   前記複数の第１レグ回路の上アームは、直流導体からそれぞれ上アームを経由して負荷へ至る各電流経路の長さがすべて同一であり、且つ、該複数の第１レグ回路の下アームは、負荷からそれぞれ下アームを経由して直流導体へ至る各電流経路の長さがすべて同一であり、
   前記複数の第２レグ回路の上アームは、直流導体からそれぞれ上アームを経由して負荷へ至る各電流経路の長さがすべて同一であり、且つ、該複数の第２レグ回路の下アームは、負荷からそれぞれ下アームを経由して直流導体へ至る各電流経路の長さがすべて同一であることを特徴とする電力変換装置。