JP2012029372A - マトリクスコンバータ - Google Patents
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Abstract
【課題】ＡＣリアクトルのサイズを小型化したマトリクスコンバータを提供する。
【解決手段】３相交流電源１１の第１〜第３の相の出力に対して直列にそれぞれ接続される第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を冷却するための冷却風を発生させる第１の冷却ファン１７と、を備え、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２．Ｌ３が、冷却風の流れる方向と交差する方向に並んで配置される。
【選択図】図２
【解決手段】３相交流電源１１の第１〜第３の相の出力に対して直列にそれぞれ接続される第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３を冷却するための冷却風を発生させる第１の冷却ファン１７と、を備え、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２．Ｌ３が、冷却風の流れる方向と交差する方向に並んで配置される。
【選択図】図２
Description
本発明は、マトリクスコンバータに関する。
特許文献１には、電力変換器が記載されている。この電力変換器の筐体には、ＩＧＢＴモジュールの入力側に、ＡＣフィルタを構成する３個のＡＣリアクトルが設けられている。また、筐体には、筐体内部の熱を外部に排出する冷却ファンが設けられている。
３個のＡＣリアクトルは、冷却ファンによって発生する冷却風の流れ方向に沿って、順番に並べられている。
３個のＡＣリアクトルは、冷却ファンによって発生する冷却風の流れ方向に沿って、順番に並べられている。
一般に、３個のＡＣリアクトルを、冷却風の流れ方向に沿って順番に並べると、より下流側のＡＣリアクトルの冷却効率が悪くなり、その温度が上昇する。ここで、ＡＣリアクトルのインダクタンスは、ある一定の温度Ｔを超えると極端に小さくなる温度特性を有している。そのため、電力変換器においては、この温度Ｔを超えないようにするために、温度的に余裕のあるサイズの大きなＡＣリアクトルが選定されている。
本発明は、ＡＣリアクトルのサイズを小型化したマトリクスコンバータを提供することを目的とする。
本発明は、ＡＣリアクトルのサイズを小型化したマトリクスコンバータを提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係るマトリクスコンバータは、３相交流電源の第１〜第３の相の出力に対して直列にそれぞれ接続される第１〜第３のＡＣリアクトルと、
前記第１〜第３のＡＣリアクトルを冷却するための冷却風を発生させる第１の冷却ファンと、を備え、
前記第１〜第３のＡＣリアクトルが、前記冷却風の流れる方向と交差する方向に並んで配置される。
前記第１〜第３のＡＣリアクトルを冷却するための冷却風を発生させる第１の冷却ファンと、を備え、
前記第１〜第３のＡＣリアクトルが、前記冷却風の流れる方向と交差する方向に並んで配置される。
本発明に係るマトリクスコンバータにおいて、平面視して前記第１〜第３のＡＣリアクトルの入出力端子が突出する側に、複数のＡＣコンデンサをそれぞれ内部に有する複数のＡＣコンデンサモジュールを備え、
前記第１〜第３のＡＣリアクトルの出力側にて、前記複数のＡＣコンデンサにより、Ｙ結線されることが好ましい。
前記第１〜第３のＡＣリアクトルの出力側にて、前記複数のＡＣコンデンサにより、Ｙ結線されることが好ましい。
本発明に係るマトリクスコンバータにおいて、前記複数のＡＣコンデンサモジュールは、９個であり、
前記複数のＡＣコンデンサは、３個であり、該３個のＡＣコンデンサの一側の端子が共に中性点に接続され、他側の端子が前記第１〜第３のＡＣリアクトルの出力端子にそれぞれ接続されることが好ましい。
前記複数のＡＣコンデンサは、３個であり、該３個のＡＣコンデンサの一側の端子が共に中性点に接続され、他側の端子が前記第１〜第３のＡＣリアクトルの出力端子にそれぞれ接続されることが好ましい。
本発明に係るマトリクスコンバータにおいて、前記第１〜第３のＡＣリアクトル、及び前記ＡＣコンデンサモジュールが収められた筐体内に、前記第１〜第３のＡＣリアクトルを固定する第１の固定部材と、
前記複数のＡＣコンデンサモジュールが固定される第２の固定部材と、
半導体双方向スイッチがそれぞれ設けられた複数の半導体スイッチモジュールが固定される第３の固定部材と、を備え、
前記第２の固定部材は、前記第３の固定部材よりも高さ位置が低く、
前記ＡＣコンデンサモジュールの端子及び該端子と接続される前記半導体スイッチモジュールの端子が実質的に同一の高さ位置にあり、厚み方向に折り曲げられていない銅バーにより互いに接続されることが好ましい。
前記複数のＡＣコンデンサモジュールが固定される第２の固定部材と、
半導体双方向スイッチがそれぞれ設けられた複数の半導体スイッチモジュールが固定される第３の固定部材と、を備え、
前記第２の固定部材は、前記第３の固定部材よりも高さ位置が低く、
前記ＡＣコンデンサモジュールの端子及び該端子と接続される前記半導体スイッチモジュールの端子が実質的に同一の高さ位置にあり、厚み方向に折り曲げられていない銅バーにより互いに接続されることが好ましい。
本発明に係るマトリクスコンバータにおいて、前記第２の固定部材は、前記第１の固定部材よりも高さ位置が低く、
前記ＡＣコンデンサモジュールの上方かつ前記第１〜第３のＡＣリアクトルの入出力端子が突出する側に形成される空間に、該第１〜第３のＡＣリアクトルを冷却する第２の冷却ファンを更に備えることができる。
前記ＡＣコンデンサモジュールの上方かつ前記第１〜第３のＡＣリアクトルの入出力端子が突出する側に形成される空間に、該第１〜第３のＡＣリアクトルを冷却する第２の冷却ファンを更に備えることができる。
本発明に係るマトリクスコンバータにおいて、前記ＡＣコンデンサモジュールの上方に、前記第２の冷却ファンが固定される第４の固定部材を備え、
該第４の固定部材の両端部が、それぞれ前記筐体を形成する対向した両側の板に固定されてもよい。
該第４の固定部材の両端部が、それぞれ前記筐体を形成する対向した両側の板に固定されてもよい。
本発明に係るマトリクスコンバータにおいて、前記第２の冷却ファンを下側に支持する支持部材を更に備え、
前記第２の冷却ファンが、前記第４の固定部材に形成された孔に上方から挿入され、
前記支持部材を介して該第４の固定部材に固定されることが好ましい。
前記第２の冷却ファンが、前記第４の固定部材に形成された孔に上方から挿入され、
前記支持部材を介して該第４の固定部材に固定されることが好ましい。
請求項１〜７記載のマトリクスコンバータにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べ、ＡＣリアクトルを小型化することが可能である。
特に、請求項２、３記載のマトリクスコンバータにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べ、ＡＣコンデンサの容量を容易に変更することが可能である。
請求項４記載のマトリクスコンバータにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べ、銅バーのインダクタンスを小さくすることが可能である。
請求項５記載のマトリクスコンバータにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べ、
ＡＣリアクトルの冷却効率を向上させることが可能である。
ＡＣリアクトルの冷却効率を向上させることが可能である。
請求項６記載のマトリクスコンバータにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べ、筐体の剛性を向上させることが可能である。
請求項７記載のマトリクスコンバータにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べ、第２の冷却ファンを容易に着脱することが可能である。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、説明の便宜上、図２〜図８に示す上下方向、左右方向、及び前後方向を定義する。但し、マトリクスコンバータの実際の使用状態によっては、設置方法が各図とは異なり、例えば、図２〜図８に示した上方向が前方向に、下方向が後方向に、前方向が下方向に、後方向が上方向となる場合がある。また、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
本発明の第１の実施の形態に係るマトリクスコンバータ１０は、入力された３相交流電力を周波数や電圧が異なる交流電力に変換することができる。マトリクスコンバータ１０の容量は、例えば、１６０ｋＷである。
図１（Ａ）に示すように、マトリクスコンバータ１０は、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）モジュール（半導体スイッチモジュールの一例）Ｑ１〜Ｑ９とを備え、モータＭを駆動することができる。
図１（Ａ）に示すように、マトリクスコンバータ１０は、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）モジュール（半導体スイッチモジュールの一例）Ｑ１〜Ｑ９とを備え、モータＭを駆動することができる。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ、３相交流電源１１のＲ相、Ｓ相、及びＴ相の出力に対して直列に接続される。
コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の出力側にて、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相に対してＹ結線（スター結線）される。第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３及びコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３により、入力フィルタが構成される。
コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、実際には、それぞれ複数のＡＣコンデンサが並列に接続されて構成される（図１（Ａ）においては詳細に示していない）。
コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、実際には、それぞれ複数のＡＣコンデンサが並列に接続されて構成される（図１（Ａ）においては詳細に示していない）。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の出力側に接続される。各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、例えば、樹脂モールドされた半導体双方向スイッチと、上部に設けられた周辺回路基板とを有している。ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の半導体双方向スイッチは、図示しない制御回路によってオン、オフが制御され、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧が出力される。図１（Ｂ）に示すように、ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９には、スナバモジュールＳＭが接続されている。スナバモジュールＳＭの内部には、半導体双方向スイッチのスイッチングにより発生するサージ電圧を吸収するスナバ回路を構成するためのダイオード及びコンデンサが複数設けられている。なお、スナバモジュールＳＭには、外部の放電回路１４が接続される。
図２〜図５に示すように、マトリクスコンバータ１０の筐体１５内には、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、複数のＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１、ＣＭ１２、ＣＭ１３、ＣＭ２１、ＣＭ２２、ＣＭ２３、ＣＭ３１、ＣＭ３２、ＣＭ３３、複数のＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９、複数のスナバモジュールＳＭ、及び冷却ファン１７、１８（それぞれ、第１及び第３の冷却ファンの一例）が設けられている。第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３、及びＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は銅バーによって、電気的に接続される。
筐体１５の前後方向、左右方向及び上下方向の寸法は、それぞれ例えば、１１００〜１３００ｍｍ、６８０〜７１０ｍｍ、及び３５０〜４００ｍｍである。
筐体１５内の後部には、第１の仕切り板（第１の固定部材の一例）２１が略水平に設けられている。筐体１５内の後部を除いた部分には、第２の仕切り板（第２の固定部材の一例）２２及び第２の仕切り板２２の右側に位置する第３の仕切り板（第３の固定部材の一例）２３が設けられている。第１〜３の仕切り板２１、２２、２３により、筐体１５の内部の空間は、部分的に上下に仕切られる。第１及び第３の仕切り板２１、２３と第２の仕切り板２２とは、それぞれ上下方向の位置が異なって設けられており、第１の仕切り板２１は、第１の上下方向位置Ｈ１に設けられている（図５参照）。第２の仕切り板２２は、第１の上下方向位置Ｈ１よりも低い第２の上下方向位置Ｈ２に設けられている。第３の仕切り板２３は、第１の上下方向位置Ｈ１に設けられている（図６参照）。なお、第３の仕切り板２３は、第２の上下方向位置Ｈ２より高い位置であれば第１の上下方向位置Ｈ１とは異なる位置に設けられていてもよい。
更に、筐体１５内の後部を除いた部分には、筐体１５の底板２５から上方向に延び、筐体１５の内部の空間を部分的に左右に仕切る第４の仕切り板２４が設けられている（図３及び図６参照）。第４の仕切り板２４には、第２の仕切り板２２の右端部及び第３の仕切り板２３の左端部が結合されている。
筐体１５の前後方向、左右方向及び上下方向の寸法は、それぞれ例えば、１１００〜１３００ｍｍ、６８０〜７１０ｍｍ、及び３５０〜４００ｍｍである。
筐体１５内の後部には、第１の仕切り板（第１の固定部材の一例）２１が略水平に設けられている。筐体１５内の後部を除いた部分には、第２の仕切り板（第２の固定部材の一例）２２及び第２の仕切り板２２の右側に位置する第３の仕切り板（第３の固定部材の一例）２３が設けられている。第１〜３の仕切り板２１、２２、２３により、筐体１５の内部の空間は、部分的に上下に仕切られる。第１及び第３の仕切り板２１、２３と第２の仕切り板２２とは、それぞれ上下方向の位置が異なって設けられており、第１の仕切り板２１は、第１の上下方向位置Ｈ１に設けられている（図５参照）。第２の仕切り板２２は、第１の上下方向位置Ｈ１よりも低い第２の上下方向位置Ｈ２に設けられている。第３の仕切り板２３は、第１の上下方向位置Ｈ１に設けられている（図６参照）。なお、第３の仕切り板２３は、第２の上下方向位置Ｈ２より高い位置であれば第１の上下方向位置Ｈ１とは異なる位置に設けられていてもよい。
更に、筐体１５内の後部を除いた部分には、筐体１５の底板２５から上方向に延び、筐体１５の内部の空間を部分的に左右に仕切る第４の仕切り板２４が設けられている（図３及び図６参照）。第４の仕切り板２４には、第２の仕切り板２２の右端部及び第３の仕切り板２３の左端部が結合されている。
次に、筐体１５内に収容された冷却ファン１７、１８、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３、及びＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９について詳細に説明する。
冷却ファン１７、１８は、筐体１５の内部を冷却するための冷却風を発生することができる。発生した冷却風により、筐体１５内の熱は筐体１５の後方へ排出される。付言すると、マトリクスコンバータ１０の使用状態によっては、熱は上方向に排出される場合がある。図５に示すように、冷却ファン１７は、筐体１５内の後端部の上側に配置され、冷却ファン１８は、冷却ファン１７の下側に配置される。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、第１の仕切り板２１に固定され、筐体１５の前後方向中央よりも後寄りに配置されている。また、図４に示すように、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、冷却ファン１７により発生する冷却風の流れ方向に対して、例えば７０〜１１０度の範囲で交差する方向に並んで配置されている。従って、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３には、冷却風が実質的に均等に当たるため、冷却効率が良好に維持される。なお、冷却風の流れ方向と、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の配置方向は、冷却効率が悪化して、温度的に余裕のあるより大きいサイズのＡＣリアクトルを選定しなくてもよい程度に交差していればよい。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は一体に構成されており、その前後方向、左右方向及び上下方向の寸法（端子部を除いた寸法）は、例えば、１２０〜１３０ｍｍ、３５０〜３７０ｍｍ、及び１８０〜２１０ｍｍである。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３には、前側に突出し、それぞれ上下に設けられた１番端子及び２番端子を有している（図４参照）。１番端子及び２番端子の先端には、それぞれ銅バーを接続するための孔が形成されている。１番端子（入力端子）には、入力側（電源側）につながる銅バーが接続される。２番端子（出力端子）には、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３につながる銅バーが接続される。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３には、前側に突出し、それぞれ上下に設けられた１番端子及び２番端子を有している（図４参照）。１番端子及び２番端子の先端には、それぞれ銅バーを接続するための孔が形成されている。１番端子（入力端子）には、入力側（電源側）につながる銅バーが接続される。２番端子（出力端子）には、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３につながる銅バーが接続される。
図１（Ａ）に示したコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、例えば図２〜図４に示すような９個のＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１、ＣＭ１２、ＣＭ１３、ＣＭ２１、ＣＭ２２、ＣＭ２３、ＣＭ３１、ＣＭ３２、ＣＭ３３により実現される。
各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の内部には、それぞれ、例えば３個のＡＣコンデンサが設けられている。このように、図１（Ａ）に示すコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、複数個のＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３に分割されて構成されているため、コンデンサの容量変更が容易である。例えば、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の容量をそれぞれ減らしたい場合には、対応するＡＣコンデンサモジュールが取り外される。
各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の内部には、それぞれ、例えば３個のＡＣコンデンサが設けられている。このように、図１（Ａ）に示すコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、複数個のＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３に分割されて構成されているため、コンデンサの容量変更が容易である。例えば、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の容量をそれぞれ減らしたい場合には、対応するＡＣコンデンサモジュールが取り外される。
ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１、ＣＭ１２、ＣＭ１３は、第２の仕切り板２２に固定され、筐体１５の前側に配置されている。ＡＣコンデンサモジュールＣＭ２１、ＣＭ２２、ＣＭ２３は、第２の仕切り板２２に固定され、それぞれ、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１、ＣＭ１２、ＣＭ１３の後側に配置されている。ＡＣコンデンサモジュールＣＭ３１、ＣＭ３２、ＣＭ３３は、第２の仕切り板２２に固定され、それぞれ、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ２１、ＣＭ２２、ＣＭ２３の後側に配置されている。また、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ３１、ＣＭ３２、ＣＭ３３は、それぞれ、平面視して、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の前側に配置されている。
ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３はそれぞれ第２の仕切り板２２に固定されているため、第１の仕切り板２１に固定された第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３よりも低い位置に固定されている。そのため、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の前方（入出力端子が突出する側）かつＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の上方には空間が形成されている。
ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３はそれぞれ第２の仕切り板２２に固定されているため、第１の仕切り板２１に固定された第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３よりも低い位置に固定されている。そのため、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の前方（入出力端子が突出する側）かつＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の上方には空間が形成されている。
各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の前後方向、左右方向及び上下方向の寸法（端子部を除いた本体部の寸法）は、それぞれ例えば、１７０〜２００ｍｍ、９０〜１１０ｍｍ、及び６５〜７０ｍｍである。
各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３は、上側に突出した１〜４番端子を有している（図４参照）。これら４つの端子のうち、１番端子は左側に設けられ、コンデンサの中性点Ｎ（図１（Ａ）参照）に接続される。２〜４番端子は右側に設けられ、それぞれ第１のＡＣリアクトルＬ１の２番端子（Ｒ相）、第２のＡＣリアクトルＬ２の２番端子（Ｓ相）、及び第３のＡＣリアクトルＬ３の２番端子（Ｔ相）に接続される。前述の各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の内部に設けられた３個のＡＣコンデンサは、一方の端子が共にＡＣコンデンサモジュールの１番端子に内部接続されており、他方の端子がそれぞれ２番端子、３番端子、及び４番端子に内部接続されている。
１〜４番端子の先端は内向きに折り曲げられ、それぞれ銅バーを接続するためのねじ孔が形成されている。
各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３は、上側に突出した１〜４番端子を有している（図４参照）。これら４つの端子のうち、１番端子は左側に設けられ、コンデンサの中性点Ｎ（図１（Ａ）参照）に接続される。２〜４番端子は右側に設けられ、それぞれ第１のＡＣリアクトルＬ１の２番端子（Ｒ相）、第２のＡＣリアクトルＬ２の２番端子（Ｓ相）、及び第３のＡＣリアクトルＬ３の２番端子（Ｔ相）に接続される。前述の各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の内部に設けられた３個のＡＣコンデンサは、一方の端子が共にＡＣコンデンサモジュールの１番端子に内部接続されており、他方の端子がそれぞれ２番端子、３番端子、及び４番端子に内部接続されている。
１〜４番端子の先端は内向きに折り曲げられ、それぞれ銅バーを接続するためのねじ孔が形成されている。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、第３の仕切り板２３に固定され、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の右側に、前後方向に並んで配置されている。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９はそれぞれ第３の仕切り板２３に固定されているため、第２の仕切り板２２に固定されたＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の端子を除いた本体部よりも高い位置に固定されている。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９はそれぞれ第３の仕切り板２３に固定されているため、第２の仕切り板２２に固定されたＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の端子を除いた本体部よりも高い位置に固定されている。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の前後方向、左右方向及び上下方向の寸法は、それぞれ例えば、６０〜６５ｍｍ、１４０〜１５０ｍｍ、及び１５〜３０ｍｍである。
各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、平面視して、右側に１番端子及び２番端子、左側に３番端子及び４番端子を有している（図４参照）。１番〜４番端子は、端子固定用ねじが上方から挿入されるねじ端子である。各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の２番端子には、負荷側につながる銅バー２９及びスナバモジュールＳＭの端子が共締めされて接続される。４番端子には、ＡＣコンデンサモジュールの端子から延びる銅バー３０及びスナバモジュールＳＭの端子が共締めされて接続される。なお、１番端子と３番端子は、スナバモジュールＳＭにのみ接続される。
ここで、前述のように、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３及びＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、ぞれぞれ第２の仕切り板２２及び第３の仕切り板２３に設けられている。そのため、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の端子の先端部と接続されるＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の端子は、それぞれ実質的に同一の高さ位置にある。その結果、図６に示すように、ＡＣコンデンサモジュールの端子とＩＧＢＴモジュールの４番端子とを接続する銅バー３０は、前方向から見ると直線状となっている、この直線状の銅バー３０は、途中が厚み方向に折り曲げられていないため、インダクタンスが小さい。そのため、サージ電圧が抑制される。なお、「実質的に同一の高さ位置」とは、途中が厚み方向に折り曲げられていない直線状の銅バーにより、ＡＣコンデンサモジュールの端子及びＩＧＢＴモジュールの端子を接続できる程度のずれは許容される趣旨である。従って、例えば、５ｍｍ以下のずれは許容される。
各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、平面視して、右側に１番端子及び２番端子、左側に３番端子及び４番端子を有している（図４参照）。１番〜４番端子は、端子固定用ねじが上方から挿入されるねじ端子である。各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の２番端子には、負荷側につながる銅バー２９及びスナバモジュールＳＭの端子が共締めされて接続される。４番端子には、ＡＣコンデンサモジュールの端子から延びる銅バー３０及びスナバモジュールＳＭの端子が共締めされて接続される。なお、１番端子と３番端子は、スナバモジュールＳＭにのみ接続される。
ここで、前述のように、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３及びＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、ぞれぞれ第２の仕切り板２２及び第３の仕切り板２３に設けられている。そのため、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の端子の先端部と接続されるＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の端子は、それぞれ実質的に同一の高さ位置にある。その結果、図６に示すように、ＡＣコンデンサモジュールの端子とＩＧＢＴモジュールの４番端子とを接続する銅バー３０は、前方向から見ると直線状となっている、この直線状の銅バー３０は、途中が厚み方向に折り曲げられていないため、インダクタンスが小さい。そのため、サージ電圧が抑制される。なお、「実質的に同一の高さ位置」とは、途中が厚み方向に折り曲げられていない直線状の銅バーにより、ＡＣコンデンサモジュールの端子及びＩＧＢＴモジュールの端子を接続できる程度のずれは許容される趣旨である。従って、例えば、５ｍｍ以下のずれは許容される。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の反対側となる第３の仕切り板２３の下側の面には、ヒートシンク３２が設けられている（図２、図６及び図７参照）。ヒートシンク３２により、ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９から発生した熱が放出される。ヒートシンク３２は、主として、冷却ファン１８によって冷却される。
続いて、本発明の第２の実施の形態に係るマトリクスコンバータ５０について説明する。第１の実施の形態に係るマトリクスコンバータ１０と同一の構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
まず、図７に示す、第１の実施の形態において説明を省略した取り付け板（第４の固定部材の一例）５４について説明する。取り付け板５４は、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の上方で、平面視して、前後方向中央部に設けられている。取り付け板５４の左右の両端は、筐体１５の左右の板（筐体１５を形成する対向した両側の板）５６、５７に固定されている。従って、この取り付け板５４は、筐体１５の強度メンバーとして機能することができるので、筐体１５の剛性が向上する。
取り付け板５４の上面には、ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９に設けられた各半導体双方向スイッチを制御する制御回路基板６０と、ユーザがマトリクスコンバータ５０の各種設定をするための操作ユニット６１、並びに制御回路基板６０及び操作ユニット６１に電源を供給するための電源基板６２とが設けられている。
取り付け板５４の上面には、ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９に設けられた各半導体双方向スイッチを制御する制御回路基板６０と、ユーザがマトリクスコンバータ５０の各種設定をするための操作ユニット６１、並びに制御回路基板６０及び操作ユニット６１に電源を供給するための電源基板６２とが設けられている。
マトリクスコンバータ５０は、第１の実施の形態に係るマトリクスコンバータ１０と比べて、更に、冷却ファン（第２の冷却ファン）６５を備えている。前述のように、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３とＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３は、上下方向位置が異なって配置されているため、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の前方（入出力端子が突出する側）かつＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の上方に空間が生じている。冷却ファン６５は、この空間に配置される。
具体的には、図８に示すように、冷却ファン６５は、支持部材６６の下側に支持され、筐体１５の上部に設けられた取り付け板５４にこの支持部材６６を介して固定される。取り付け板５４には、冷却ファン６５の外形よりも大きい矩形状の孔６７が形成されている。この孔６７は、平面視して、ＡＣリアクトルＬ２の前側に形成されている。冷却ファン６５は、上方から孔６７に挿入され（図７に示す矢印参照）、支持部材６６を介して取り付け板５４に固定される。
このように、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の前側に冷却ファン６５が設けられているので、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の冷却効率が更に向上する。
具体的には、図８に示すように、冷却ファン６５は、支持部材６６の下側に支持され、筐体１５の上部に設けられた取り付け板５４にこの支持部材６６を介して固定される。取り付け板５４には、冷却ファン６５の外形よりも大きい矩形状の孔６７が形成されている。この孔６７は、平面視して、ＡＣリアクトルＬ２の前側に形成されている。冷却ファン６５は、上方から孔６７に挿入され（図７に示す矢印参照）、支持部材６６を介して取り付け板５４に固定される。
このように、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の前側に冷却ファン６５が設けられているので、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の冷却効率が更に向上する。
なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述のそれぞれ実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３が配置される方向と交差する方向に冷却風が流れるように構成されるのであれば、冷却ファン１７の配置位置は任意でよい。
図１（Ａ）に示すコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、９個のＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３に分割されて構成されているが、９個に限定されるものではない。また、各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の内部には、それぞれ３個のＡＣコンデンサが設けられているが、３個に限定されるものではない。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、複数のＡＣコンデンサにより構成され、仕様に応じて取り外されて、容量が調整できればよい。
図１（Ａ）に示すコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、９個のＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３に分割されて構成されているが、９個に限定されるものではない。また、各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の内部には、それぞれ３個のＡＣコンデンサが設けられているが、３個に限定されるものではない。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、複数のＡＣコンデンサにより構成され、仕様に応じて取り外されて、容量が調整できればよい。
１０：マトリクスコンバータ、１１：３相交流電源、１４：放電回路、１５：筐体、１７：冷却ファン、１８：冷却ファン、２１：第１の仕切り板、２２：第２の仕切り板、２３：第３の仕切り板、２４：第４の仕切り板、２５：底板、２９、３０：銅バー、３２：ヒートシンク、５０：マトリクスコンバータ、５４：取り付け板、５６、５７：板、６０：制御回路基板、６１：操作ユニット、６２：電源基板、６５：冷却ファン、６６：支持部材、６７：孔、Ｍ：モータ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：ＡＣリアクトル、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３：コンデンサ、ＣＭ１１、ＣＭ１２、ＣＭ１３、ＣＭ２１、ＣＭ２２、ＣＭ２３、ＣＭ３１、ＣＭ３２、ＣＭ３３：ＡＣコンデンサモジュール、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８、Ｑ９：ＩＧＢＴモジュール、ＳＭ：スナバモジュール
Claims (7)
- ３相交流電源の第１〜第３の相の出力に対して直列にそれぞれ接続される第１〜第３のＡＣリアクトルと、
前記第１〜第３のＡＣリアクトルを冷却するための冷却風を発生させる第１の冷却ファンと、を備え、
前記第１〜第３のＡＣリアクトルが、前記冷却風の流れる方向と交差する方向に並んで配置されるマトリクスコンバータ。 - 請求項１記載のマトリクスコンバータにおいて、平面視して前記第１〜第３のＡＣリアクトルの入出力端子が突出する側に、複数のＡＣコンデンサをそれぞれ内部に有する複数のＡＣコンデンサモジュールを備え、
前記第１〜第３のＡＣリアクトルの出力側にて、前記複数のＡＣコンデンサにより、Ｙ結線されるマトリクスコンバータ。 - 請求項３記載のマトリクスコンバータにおいて、前記複数のＡＣコンデンサモジュールは、９個であり、
前記複数のＡＣコンデンサは、３個であり、該３個のＡＣコンデンサの一側の端子が共に中性点に接続され、他側の端子が前記第１〜第３のＡＣリアクトルの出力端子にそれぞれ接続されるマトリクスコンバータ。 - 請求項２又は３記載のマトリクスコンバータにおいて、前記第１〜第３のＡＣリアクトル、及び前記ＡＣコンデンサモジュールが収められた筐体内に、前記第１〜第３のＡＣリアクトルを固定する第１の固定部材と、
前記複数のＡＣコンデンサモジュールが固定される第２の固定部材と、
半導体双方向スイッチがそれぞれ設けられた複数の半導体スイッチモジュールが固定される第３の固定部材と、を備え、
前記第２の固定部材は、前記第３の固定部材よりも高さ位置が低く、
前記ＡＣコンデンサモジュールの端子及び該端子と接続される前記半導体スイッチモジュールの端子が実質的に同一の高さ位置にあり、厚み方向に折り曲げられていない銅バーにより互いに接続されるマトリクスコンバータ。 - 請求項４記載のマトリクスコンバータにおいて、前記第２の固定部材は、前記第１の固定部材よりも高さ位置が低く、
前記ＡＣコンデンサモジュールの上方かつ前記第１〜第３のＡＣリアクトルの入出力端子が突出する側に形成される空間に、該第１〜第３のＡＣリアクトルを冷却する第２の冷却ファンを更に備えるマトリクスコンバータ。 - 請求項５記載のマトリクスコンバータにおいて、前記ＡＣコンデンサモジュールの上方に、前記第２の冷却ファンが固定される第４の固定部材を備え、
該第４の固定部材の両端部が、それぞれ前記筐体を形成する対向した両側の板に固定されるマトリクスコンバータ。 - 請求項６記載のマトリクスコンバータにおいて、前記第２の冷却ファンを下側に支持する支持部材を更に備え、
前記第２の冷却ファンが、前記第４の固定部材に形成された孔に上方から挿入され、
前記支持部材を介して該第４の固定部材に固定されるマトリクスコンバータ。
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