JP2017118693A - 誘導加熱用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保守管理が容易な誘導加熱用電源装置を提供する。
【解決手段】インバータ部６は、直列に接続された二つのスイッチング素子をそれぞれ含む第１モジュールＭ１及び第２モジュールＭ２によって構成されるブリッジＢ１，Ｂ２を有し、第１モジュール及び第２モジュールは、一対の出力ブスバー７ａ，７ｂを挟んで設けられ、インバータ部に直流電力を供給する平滑部５は、第１モジュールの入力部に接続される一対の第１ブスバー５ａ１，５ｂ１と、コンデンサＣ１−１，Ｃ１−２と、第２モジュールの入力部に接続される一対の第２ブスバー５ａ２，５ｂ２と、コンデンサＣ２−１，Ｃ２−２と、を有し、第１ブスバーは、出力ブスバーと並行して延び、且つ出力ブスバーとの間に第１モジュールを挟んで配置され、第２ブスバーは、出力ブスバーと並行して延び、且つ出力ブスバーとの間に第２モジュールを挟んで配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、誘導加熱用電源装置に関する。

鋼製ワークの熱処理におけるワークの加熱方式として、加熱コイルに交流電力を供給し、加熱コイルによって形成される磁界に置かれたワークに誘起される誘導電流によってワークを加熱する誘導加熱が用いられている。

加熱コイルに交流電力を供給する電源装置は、一般に商用電源の交流電力をコンバータで直流電力に変換し、直流電力の脈流をコンデンサで平滑し、平滑後の直流電力をインバータで交流電力に逆変換して、加熱コイルに供給する高周波の交流電力を生成している（例えば、特許文献１参照）。

インバータは、典型的には、スイッチング動作可能な二つのパワー半導体素子が直列に接続された一対のアームからなるフルブリッジ回路として構成され、パワー半導体素子の高速なスイッチング動作によって高周波の交流電力が生成される。

特開２００９−２７７５７７号公報

鋼製ワークの熱処理といった大電力用途の電源装置では、複数のブリッジが並列に設けられる場合がある。パワー半導体素子又はアームはモジュール化されているが、ブリッジの増加に伴ってモジュールの接続が煩雑となり、保守管理に支障が生じる虞がある。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、保守管理が容易な誘導加熱用電源装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の誘導加熱用電源装置は、直流電源部から出力される直流電力の脈流を平滑する平滑部と、前記平滑部による平滑後の直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、前記インバータ部によって変換された交流電力を出力する出力部と、を備え、前記出力部は一対の出力ブスバーを有し、前記インバータ部は、直列に接続された二つのスイッチング素子をそれぞれ含む第１モジュール及び第２モジュールによって構成される少なくとも一つのブリッジを有し、前記ブリッジの前記第１モジュール及び前記第２モジュールは、一対の前記出力ブスバーを挟んで設けられ、前記第１モジュールの出力部は一方の前記出力ブスバーに接続され、前記第２モジュールの出力部は他方の前記出力ブスバーに接続されており、前記平滑部は、前記直流電源部の出力部及び前記第１モジュールの入力部に接続される一対の第１ブスバーと、一対の前記第１ブスバーに接続される少なくとも一つのコンデンサと、前記直流電源部の出力部及び前記第２モジュールの入力部に接続される一対の第２ブスバーと、一対の前記第２ブスバーに接続される少なくとも一つのコンデンサと、を有し、一対の前記第１ブスバーは、一対の前記出力ブスバーと並行して延び、且つ一対の前記出力ブスバーとの間に前記第１モジュールを挟んで配置され、一対の前記第２ブスバーは、一対の前記出力ブスバーと並行して延び、且つ一対の前記出力ブスバーとの間に前記第２モジュールを挟んで配置されている。

本発明によれば、保守管理が容易な誘導加熱用電源装置を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための誘導加熱用電源装置の一例の回路図である。 図１のインバータ部のモジュールの一例の側面図である。 図１の平滑部及びインバータ部並びに出力部の一例の斜視図である。 図３の平滑部の分解斜視図である。 図３の平滑部の断面図である。 平滑部の他の例の斜視図である。 平滑部の他の例の斜視図である。 図３の平滑部及びインバータ部並びに出力部における電流経路を示す回路図である。 平滑部及びインバータ部並びに出力部の他の構成例における電流経路を示す回路図である。 図８の電流経路でインバータ部のブリッジそれぞれに流れる電流の波形を示すグラフである。 図９の電流経路でインバータ部のブリッジそれぞれに流れる電流の波形を示すグラフである。 平滑部及びインバータ部並びに出力部の他の構成例の斜視図である。 図１２の平滑部及びインバータ部並びに出力部における電流経路を示す回路図である。 平滑部及びインバータ部並びに出力部の他の構成例における電流経路を示す回路図である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、誘導加熱用電源装置の一例を示す。

誘導加熱用電源装置１は、商用の交流電源２から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ部３を含む直流電源部４と、直流電源部４から出力される直流電力の脈流を平滑する平滑部５と、平滑部５による平滑後の直流電力を高周波の交流電力に逆変換するインバータ部６と、インバータ部６によって変換された交流電力を加熱コイル８に出力する出力部７とを備える。

インバータ部６は、スイッチング動作可能な二つのパワー半導体素子が直列に接続されてなるアームを複数有する少なくとも一つのブリッジ回路を含み、図示の例では、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２の二つのブリッジ回路が設けられている。第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２は、出力部７を介して加熱コイル８に並列に接続され、加熱コイル８への電力供給が第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２に分散されている。

第１ブリッジＢ１は、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２が直列に接続されてなるアームと、同じくパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４が直列に接続されてなるアームとを有し、アーム毎のパワー半導体素子の直列接続点を出力端とするフルブリッジ回路として構成される。

第２ブリッジＢ２もまた、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２が直列に接続されてなるアームと、同じくパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４が直列に接続されてなるアームとを有し、アーム毎のパワー半導体素子の直列接続点を出力端とするフルブリッジ回路として構成される。

パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４としては、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）や、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）等のスイッチング動作可能な各種のパワー半導体素子が使用可能である。また、パワー半導体素子の素材は、例えばＳｉ（シリコン）やＳｉＣ（シリコンカーバイト）のものがある。

そして、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２は、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２を含む第１モジュールＭ１と、パワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４を含む第２モジュールＭ２と、にアーム毎にモジュール化されている。

図２は、モジュールＭ１，Ｍ２の一例を示す。

第１モジュールＭ１は、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２が実装されたモジュール本体１０と、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２をスイッチング動作させるドライバ基板１１とを有し、ドライバ基板１１はモジュール本体１０に重ねられている。そして、モジュール本体１０とドライバ基板１１との間には、モジュール本体１０に高周波の電流が流れることに起因してモジュール本体１０から放射されるノイズからドライバ基板１１を遮蔽するシールド板１２が介装されている。第２モジュールＭ２もまた、モジュール本体にシールド板を介してドライバ基板が重ねられて構成される。

ドライバ基板１１がモジュール本体１０に重ねられて配置されることにより、インバータ部６の小型化（省スペース化）が図られる。

図３は、平滑部５及びインバータ部６並びに出力部７の一例を示す。

出力部７は、並行して延びる一対の出力ブスバー７ａ，７ｂを有する。出力ブスバー７ａ，７ｂは、板状に形成され、シート状の絶縁材７ｃを板面の間に挟んで積層されている。

第１ブリッジＢ１のパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２を含む第１モジュールＭ１、及びパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４を含む第２モジュールＭ２は、出力ブスバー７ａ，７ｂを挟んで互いに対向して設けられ、第１モジュールＭ１は出力ブスバー７ａ側に配置され、第２モジュールＭ２は出力ブスバー７ｂ側に配置されている。

第２ブリッジＢ２のパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２を含む第１モジュールＭ１、及びパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４を含む第２モジュールＭ２は、出力ブスバー７ａ，７ｂを挟んで互いに対向して設けられ、第１モジュールＭ１は出力ブスバー７ａ側に配置され、第２モジュールＭ２は出力ブスバー７ｂ側に配置されている。

そして、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２それぞれの第１モジュールＭ１は出力ブスバー７ａに沿って並んで配置されており、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２それぞれの第２モジュールＭ２は出力ブスバー７ｂに沿って並んで配置されている。

平滑部５は、一対の第１ブスバー５ａ１，５ｂ１と、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１に接続されるコンデンサと、一対の第２ブスバー５ａ２，５ｂ２と、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２に接続されるコンデンサと、を有する。

第１ブスバー５ａ１，５ｂ１は、出力ブスバー７ａ，７ｂと並行して延び、出力ブスバー７ａに沿って並ぶ第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２それぞれの第１モジュールＭ１を出力ブスバー７ａとの間に挟んで配置されている。

第２ブスバー５ａ２，５ｂ２は、出力ブスバー７ａ，７ｂと並行して延び、出力ブスバー７ｂに沿って並ぶ第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２それぞれの第２モジュールＭ２を出力ブスバー７ｂとの間に挟んで配置されている。

第１ブスバー５ａ１，５ｂ１及び第２ブスバー５ａ２，５ｂ２は、コンバータ部３の出力部（図１に示す正極ｏｕｔ＋及び負極ｏｕｔ−）にそれぞれ接続され、図示の例では、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１は一対の電線２３ａ，２３ｂを介してコンバータ部３の出力部に接続されており、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２は一対の電線２４ａ，２４ｂを介してコンバータ部３の出力部に接続されている。

第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２それぞれの第１モジュールＭ１は、入力部を構成する正極Ｍ１ｉｎ＋及び負極Ｍ１ｉｎ−、並びに出力部Ｍ１ｏｕｔを有する。正極Ｍ１ｉｎ＋はパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２からなるアームの一端に接続され、負極Ｍ１ｉｎ−は、パワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２からなるアームの他端に接続されており、また、出力部Ｍ１ｏｕｔはパワー半導体素子Ｑ１，Ｑ２の直列接続点に接続されている（図１参照）。

そして、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１と出力ブスバー７ａとの間に挟まれている第１モジュールＭ１の入力部（正極Ｍ１ｉｎ＋及び負極Ｍ１ｉｎ−）は、第１モジュールＭ１の第１ブスバー５ａ１，５ｂ１に沿う端部に設けられ、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１に接続されており、第１モジュールＭ１の出力部Ｍ１ｏｕｔは、出力ブスバー７ａに沿う反対側の端部に設けられ、出力ブスバー７ａに接続されている。

第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２それぞれの第２モジュールＭ２は、入力部を構成する正極Ｍ２ｉｎ＋及び負極Ｍ２ｉｎ−、並びに出力部Ｍ２ｏｕｔを有する。正極Ｍ２ｉｎ＋はパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４からなるアームの一端に接続され、負極Ｍ２ｉｎ−は、パワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４からなるアームの他端に接続されており、また、出力部Ｍ２ｏｕｔはパワー半導体素子Ｑ３，Ｑ４の直列接続点に接続されている（図１参照）。

そして、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２と出力ブスバー７ｂとの間に挟まれている第２モジュールＭ２の入力部（正極Ｍ２ｉｎ＋及び負極Ｍ２ｉｎ−）は、第２モジュールＭ２の第２ブスバー５ａ２，５ｂ２に沿う端部に設けられ、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２に接続されており、第２モジュールＭ２の出力部Ｍ２ｏｕｔは、出力ブスバー７ｂに沿う反対側の端部に設けられ、出力ブスバー７ｂに接続されている。

第１モジュールＭ１には、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１に接続されたコンデンサから平滑された直流電力が供給され、第２モジュールＭ２には、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２に接続されたコンデンサから平滑された直流電力が供給される。そして、第１モジュールＭ１のパワー半導体素子Ｑ１と第２モジュールＭ２のパワー半導体素子Ｑ４、又は第１モジュールＭ１のパワー半導体素子Ｑ２と第２モジュールＭ２のパワー半導体素子Ｑ３が交互にＯＮされることにより、高周波の電力が第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２から出力部７を経て加熱コイル８に供給される。

ここで、パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４の高速なスイッチング動作はパワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４に流れる電流を急激に変化させる。この電流変化ｄｉ／ｄｔは、パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４と電圧源であるコンデンサとの間の導電路の寄生インダクタンスＬにより、パワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４の両端にサージ電圧Ｌ×ｄｉ／ｄｔを発生させる。

過大なサージ電圧はパワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４を破壊する虞があり、サージ電圧を抑制するため、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１のコンデンサは、電線等を介さずに第１ブスバー５ａ１，５ｂ１に接続され、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２のコンデンサもまた、電線等を介さずに第２ブスバー５ａ２，５ｂ２に接続され、導電路を短縮することによって寄生インダクタンスＬの低減が図られる。

本例では、モジュール毎にコンデンサが設けられ、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１には、第１ブリッジＢ１の第１モジュールＭ１に対応するコンデンサＣ１−１と、第２ブリッジＢ２の第１モジュールＭ１に対応するコンデンサＣ１−２とが設けられている。コンデンサＣ１−１は、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１と第１ブリッジＢ１の第１モジュールＭ１との接続部１３に接続されており、コンデンサＣ１−２は、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１と第２ブリッジＢ２の第１モジュールＭ１との接続部１５に接続されている。これにより、コンデンサＣ１−１と第１ブリッジＢ１の第１モジュールＭ１との間の導電路、及びコンデンサＣ１−２と第２ブリッジＢ２の第１モジュールＭ１との間の導電路が等しく短縮されている。

同様に、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２には、第１ブリッジＢ１の第２モジュールＭ２に対応するコンデンサＣ２−１と、第２ブリッジＢ２の第２モジュールＭ２に対応するコンデンサＣ２−２とが設けられている。コンデンサＣ２−１は、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２と第１ブリッジＢ１の第２モジュールＭ２との接続部１４に接続されており、コンデンサＣ２−２は、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２と第２ブリッジＢ２の第２モジュールＭ２との接続部１６に接続されている。これにより、コンデンサＣ２−１と第１ブリッジＢ１の第２モジュールＭ２との間の導電路、及びコンデンサＣ２−２と第２ブリッジＢ２の第２モジュールＭ２との間の導電路が等しく短縮されている。

以上の構成において、平滑部５は、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２それぞれの第１モジュールＭ１に電力を供給する第１ブスバー５ａ１，５ｂ１と、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２それぞれの第２モジュールＭ２に電力を供給する第２ブスバー５ａ２，５ｂ２とに分けられ、第１モジュールＭ１及び第２モジュールＭ２が第１ブスバー５ａ１，５ｂ１と第２ブスバー５ａ２，５ｂ２との間に集約されて配置されている。

コンバータ部３の出力部に接続された一対のブスバーの片側に第１モジュールＭ１を配置し、一対のブスバーの反対側に第２モジュールＭ２を配置して、一対のブスバーによって第１モジュールＭ１及び第２モジュールＭ２のいずれにも電力を供給するように構成することもできるが、この場合に、一対のブスバーに接続されるコンデンサもまた第１モジュールＭ１と第２モジュールＭ２との間に配置されることとなる。

一対のブスバーに接続されるコンデンサが第１モジュールＭ１と第２モジュールＭ２との間に配置されると、第１モジュールＭ１と第２モジュールＭ２とが一対のブスバー及びコンデンサを挟んで左右に離間して配置され、或いは第１モジュールＭ１と第２モジュールＭ２とを近接して配置しようとすると、コンデンサが第１モジュールＭ１や第２モジュールＭ２に重なって配置されることとなる。

これに対し、本例では、第１モジュールＭ１と第２モジュールＭ２との間にはシート状の絶縁材７ｃを板面の間に挟んで積層された出力ブスバー７ａ，７ｂが配置されるだけであるので、第１モジュールＭ１と第２モジュールＭ２とを近接して配置でき、且つ第１モジュールＭ１及び第２モジュールＭ２それぞれを露呈させることができる。これにより、インバータ部６の保守管理が容易となる。

さらに、本例では、中央の出力ブスバー７ａと第１ブスバー５ａ１，５ｂ１との間に配置された第１モジュールＭ１の入力部（正極Ｍ１ｉｎ＋及び負極Ｍ１ｉｎ−）が第１ブスバー５ａ１，５ｂ１に沿う端部に設けられ、第１モジュールＭ１の出力部Ｍ１ｏｕｔが出力ブスバー７ａに沿う端部に設けられているので、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１及び出力ブスバー７ａそれぞれと第１モジュールＭ１との接続が簡潔となり、インバータ部６の保守管理が容易となる。

同様に、中央の出力ブスバー７ｂと第２ブスバー５ａ２，５ｂ２との間に配置された第２モジュールＭ２の入力部（正極Ｍ２ｉｎ＋及び負極Ｍ２ｉｎ−）が第２ブスバー５ａ２，５ｂ２に沿う端部に設けられ、第２モジュールＭ２の出力部Ｍ２ｏｕｔが出力ブスバー７ｂに沿う端部に設けられているので、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２及び出力ブスバー７ｂそれぞれと第２モジュールＭ２との接続が簡潔となり、インバータ部６の保守管理が容易となる。

次に、図４及び図５を参照して、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１に接続される第１ブリッジＢ１の第１モジュールＭ１及びコンデンサＣ１−１を例に、これらの接続構造について以下に説明する。

本例では、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１は平板状の導電材からなり、通電方向（長手方向）に沿う外表面を構成している一対の平らな板面と一対の平らな側面うち面内における通電方向と直交する方向（幅方向）の寸法が相対的に大きい板面を互いに対向させ、シート状の絶縁材５ｃ１を間に挟んで積層されている。そして、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１と第１ブリッジＢ１の第１モジュールＭ１との接続部１３は平板状の一対の導電材１３ａ，１３ｂを含み、一対の導電材１３ａ，１３ｂもまた、シート状の絶縁材１３ｃを板面の間に挟んで積層されている。

導電材１３ａの基端部は、第１ブスバー５ｂ１との間に絶縁材１３ｃを介在させ、第１ブスバー５ｂ１との非導通を保って第１ブスバー５ｂ１に重ねられており、導電材１３ｂの基端部は、第１ブスバー５ｂ１との導通をとって第１ブスバー５ｂ１に重ねられている。

コンデンサＣ１−１の一対の端子２０ａ，２０ｂはネジ端子として構成され、コンデンサＣ１−１の一面に並設されており、第１ブスバー５ａ１、絶縁材５ｃ１、第１ブスバー５ｂ１をこの順にそれぞれ貫通して配置される。そして、端子２０ａの先端部は、第１ブスバー５ｂ１に重ねられている絶縁材１３ｃ及び導電材１３ａをさらに貫通して配置され、端子２０ｂの先端部は、第１ブスバー５ｂ１に重ねられている導電材１３ｂをさらに貫通して配置される。

端子２０ａと第１ブスバー５ｂ１とは絶縁ワッシャー２２によって絶縁されている。一方、端子２０ａの基端部に形成された大径のフランジ部が第１ブスバー５ａ１に接触し、また、端子２０ａの先端部に螺合されたナット２１が導電材１３ａに接触し、端子２０ａは第１ブスバー５ａ１及び導電材１３ａと接続される。

端子２０ｂ及び端子２０ｂの基端部に形成された大径のフランジ部と第１ブスバー５ａ１とは絶縁ワッシャー２２によって絶縁されている。一方、端子２０ｂの先端部に螺合されたナット２１が導電材１３ｂに接触し、端子２０ｂは導電材１３ｂ及び導電材１３ｂとの導通がとられた第１ブスバー５ｂ１と接続される。

そして、導電材１３ａの先端部が第１ブリッジＢ１のモジュールＭ１の正極Ｍ１ｉｎ＋に接続され、導電材１３ｂの先端部が第１ブリッジＢ１のモジュールＭ１の負極Ｍ１ｉｎ−に接続され、第１ブリッジＢ１のモジュールＭ１にはコンデンサＣ１−１から平滑された直流電力が供給される。

ここで、一対の平行平板導体の対向面の幅、即ち導体の延在方向（電流が流れる方向）と直交する方向の寸法をａとし、導体の対向面間の距離をｂとして、一対の平行平板導体のインダクタンスはｂ／ａに関連し、ｂ／ａが小さくなるほどインダクタンスは小さくなる。対向面の幅ａが一定の条件では、対向面間の距離ｂが小さくなるほどインダクタンスは小さくなり、対向面間の距離ｂが一定の条件では、対向面の幅ａが大きくなるほどインダクタンスは小さくなる。

例えば図６に示すように第１ブスバー５ａ１，５ｂ１の側面を互いに対向させて第１ブスバー５ａ１，５ｂ１を配置した場合との比較において、シート状の絶縁材５ｃ１を板面の間に挟んで第１ブスバー５ａ１，５ｂ１を積層することにより、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１の対向面の幅ａを大きくでき、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１のインダクタンスを低減することができる。

また、図７に示すように第１ブスバー５ａ１，５ｂ１の板面を互いに対向させ、一対の端子が両側面にそれぞれ設けられているコンデンサを板面の間に挟んでブスバー５ａ１，５ｂ１を配置した場合との比較において、シート状の絶縁材５ｃ１を板面の間に挟んで第１ブスバー５ａ１，５ｂ１を積層することにより、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１の対向面間の距離ｂを小さくでき、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１のインダクタンスを低減することができる。

このように、シート状の絶縁材５ｃ１を板面の間に挟んで第１ブスバー５ａ１，５ｂ１を積層し、また、シート状の絶縁材１３ｃを板面の間に挟んで接続部１３の導電材１３ａ，１３ｂを積層することにより、コンデンサＣ１−１とコンデンサＣ１−１から直流電力が供給される第１ブリッジＢ１のモジュールＭ１との間の導電路の寄生インダクタンスを低減することができ、寄生インダクタンスに起因してパワー半導体素子Ｑ１〜Ｑ４の両端に発生するサージ電圧を抑制することができる。これにより、インバータ部６の保護を強化することができる。

さらに、インバータ部６に第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２が設けられている本例では、インバータ部６の保護を強化するため、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２それぞれに流れる電流の均衡がとられ、一方のブリッジに負荷が集中することが抑制されている。以下に、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２の電流バランスについて説明する。

図８はインバータ部６の第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２それぞれに流れる電流の経路を示す。

図８は第１ブリッジＢ１の第１モジュールＭ１のパワー半導体素子Ｑ１及び第２モジュールＭ２のパワー半導体素子Ｑ４がＯＮとされ、第２ブリッジＢ２の第１モジュールＭ１のパワー半導体素子Ｑ１及び第２モジュールＭ２のパワー半導体素子Ｑ４がＯＮとされた場合を示し、この場合に、第１ブリッジＢ１に流れる電流及び第２ブリッジＢ２に流れる電流はそれぞれ以下の経路を流れる。
＜第１ブリッジＢ１の電流経路Ｐａｔｈ１＞
コンデンサＣ１−１→パワー半導体素子Ｑ１→負荷（出力ブスバー７ａ→加熱コイル８→出力ブスバー７ｂ）→パワー半導体素子Ｑ４→第２ブスバー５ｂ２→電線２４ｂ→電線２３ｂ→第１ブスバー５ｂ１→コンデンサＣ１−１
＜第２ブリッジＢ２の電流経路Ｐａｔｈ２＞
コンデンサＣ１−２→パワー半導体素子Ｑ１→負荷（出力ブスバー７ａ→加熱コイル８→出力ブスバー７ｂ）→パワー半導体素子Ｑ４→第２ブスバー５ｂ２→電線２４ｂ→電線２３ｂ→第１ブスバー５ｂ１→コンデンサＣ１−２

図３も参照して、平滑部５の第１ブスバー５ａ１，５ｂ１とコンバータ部３の出力部とを接続する電線２３ａ，２３ｂは、出力ブスバー７ａ，７ｂの延在方向一方側における第１ブスバー５ａ１，５ｂ１の端部であって第２ブリッジＢ２の第１モジュールＭ１側の端部に接続されており、平滑部５の第２ブスバー５ａ２，５ｂ２とコンバータ部３の出力部とを接続する電線２４ａ，２４ｂは、出力ブスバー７ａ，７ｂの延在方向他方側における第２ブスバー５ａ２，５ｂ２の端部であって第１ブリッジＢ１の第２モジュールＭ２側の端部に接続されている。

この場合に、電流経路Ｐａｔｈ１，Ｐａｔｈ２それぞれの第２ブスバー５ｂ２における導電路長を対比すると、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２と第２モジュールＭ２それぞれとの接続部１４，１６の間の距離Ｄだけ電流経路Ｐａｔｈ２が長くなっている。一方、電流経路Ｐａｔｈ１，Ｐａｔｈ２それぞれの第１ブスバー５ｂ１における導電路長を対比すると、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１と第１モジュールＭ１それぞれとの接続部１３，１５の間の距離Ｄだけ電流経路Ｐａｔｈ１が長くなっている。

そこで、第２ブスバー５ｂ２における導電路長の差と第１ブスバー５ｂ１における導電路長の差とが互いに相殺され、全体として電流経路Ｐａｔｈ１，Ｐａｔｈ２それぞれの導電路長は互いに均一化される。

これに対し、図９に示すように、電線２３ａ，２３ｂを、第２ブリッジＢ２の第１モジュールＭ１側の端部に接続し、電線２４ａ，２４ｂもまた、第２ブリッジＢ２の第２モジュールＭ２側の端部に接続した場合に、電流経路Ｐａｔｈ１，Ｐａｔｈ２それぞれの導電路長を対比すると、第１ブスバー５ｂ１及び第２ブスバー５ｂ２のいずれにおいても距離Ｄだけ電流経路Ｐａｔｈ１が長くなり、全体としても電流経路Ｐａｔｈ１の導電路長が電流経路Ｐａｔｈ２の導電路長よりも長くなる。

電流経路Ｐａｔｈ１，Ｐａｔｈ２それぞれの導電路長に差が生じると、導電路長の差に起因して電流経路Ｐａｔｈ１，Ｐａｔｈ２それぞれのインダクタンスに差が生じ、相対的に導電路長が短い電流経路Ｐａｔｈ２のインダクタンスが小さくなる。この結果、図１１に示すように、第１ブリッジＢ１に流れる電流と第２ブリッジＢ２に流れる電流との均衡が崩れる。

電線２３ａ，２３ｂが接続される第１ブスバー５ａ１，５ｂ１の入力部が出力ブスバー７ａ，７ｂの延在方向一方側における第１ブスバー５ａ１，５ｂ１の端部に設けられ、電線２４ａ，２４ｂが接続される第２ブスバー５ａ２，５ｂ２の入力部が出力ブスバー７ａ，７ｂの延在方向他方側における第２ブスバー５ａ２，５ｂ２の端部に設けられ、電流経路Ｐａｔｈ１，Ｐａｔｈ２それぞれの導電路長が互いに均一化されることにより、図１０に示すように、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２それぞれに流れる電流を均衡させることができ、一方のブリッジに負荷が集中することを抑制してインバータ部６の保護を強化することができる。

なお、インバータ部６が第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２の二つのブリッジによって構成されている場合には、図１２及び図１３に示すように、電線２３ａ，２３ｂが接続される第１ブスバー５ａ１，５ｂ１の入力部を、第１モジュールＭ１それぞれとの接続部１３，１５の間に設け、電線２４ａ，２４ｂが接続される第２ブスバー５ａ２，５ｂ２の入力部を第２モジュールＭ２それぞれとの接続部１４，１６の間に設けてもよい。

この場合にも、第１ブリッジＢ１の電流経路Ｐａｔｈ１及び第２ブリッジＢ２の電流経路Ｐａｔｈ２それぞれの導電路長が均一化されるので、第１ブリッジＢ１に流れる電流と第２ブリッジＢ２に流れる電流とを均衡させ、インバータ部６の保護を強化することができる。

好ましくは、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１の入力部は接続部１３，１５の間を等分する中央部に設けられ、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２の入力部は接続部１４，１６の間を等分する中央部に設けられる。この場合に、第１ブリッジＢ１の電流経路Ｐａｔｈ１及び第２ブリッジＢ２の電流経路Ｐａｔｈ２それぞれの導電路長をより均一化することがで、インバータ部６の保護を一層強化することができる。

ここまで、インバータ部６が第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２の二つのブリッジによって構成されている場合の第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２の電流バランスについて説明したが、インバータ部６に三つ以上のブリッジが設けられる場合にも、ブリッジそれぞれに流れる電流を均衡させることができる。

図１４に示す例は、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２に加えて第３ブリッジＢ３が設けられたものである。

第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２並びに第３ブリッジＢ３それぞれの第１モジュールＭ１は出力ブスバー７ａに沿って並んで配置されており、第３ブリッジＢ３それぞれの第１モジュールＭ１は接続部１７を介して第１ブスバー５ａ１，５ｂ１に接続され、接続部１７には第３ブリッジＢ３の第１モジュールＭ１に対応するコンデンサＣ１−３が直接接続されている。また、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２並びに第３ブリッジＢ３それぞれの第２モジュールＭ２は出力ブスバー７ｂに沿って並んで配置されており、第３ブリッジＢ３の第２モジュールＭ２は接続部１８を介して第１ブスバー５ａ１，５ｂ１に接続され、接続部１８には第３ブリッジＢ３の第２モジュールＭ１に対応するコンデンサＣ２−３が直接接続されている。

第１ブスバー５ａ１，５ｂ１とコンバータ部３の出力部とを接続する電線２３ａ，２３ｂは、出力ブスバー７ａ，７ｂの延在方向一方側における第１ブスバー５ａ１，５ｂ１の端部であって第３ブリッジＢ３の第１モジュールＭ１側の端部に接続されており、第２ブスバー５ａ２，５ｂ２とコンバータ部３の出力部とを接続する電線２４ａ，２４ｂは、出力ブスバー７ａ，７ｂの延在方向他方側における第２ブスバー５ａ２，５ｂ２の端部であって第１ブリッジＢ１の第２モジュールＭ２側の端部に接続されている。

電流経路Ｐａｔｈ１，Ｐａｔｈ２，Ｐａｔｈ３それぞれの第２ブスバー５ｂ２における導電路長を対比すると、電流経路Ｐａｔｈ１を基準にして、電流経路Ｐａｔｈ２は接続部１４，１６の間の距離Ｄだけ長くなっており、電流経路Ｐａｔｈ３は接続部１４，１８の間の距離２Ｄだけ長くなっている。一方、電流経路Ｐａｔｈ１，Ｐａｔｈ２，Ｐａｔｈ３それぞれの第１ブスバー５ｂ１における導電路長を対比すると、電流経路Ｐａｔｈ３を基準にして、電流経路Ｐａｔｈ２は接続部１５，１７の間の距離Ｄだけ長くなっており、電流経路Ｐａｔｈ１は接続部１３，１７の間の距離２Ｄだけ長くなっている。

そこで、第２ブスバー５ｂ２における導電路長の差と第１ブスバー５ｂ１における導電路長の差とが互いに相殺され、全体として電流経路Ｐａｔｈ１，Ｐａｔｈ２，Ｐａｔｈ３それぞれの導電路長は互いに均一化される。これにより、第１ブリッジＢ１及び第２ブリッジＢ２並びに第３ブリッジＢ３それぞれに流れる電流を均衡させることができる。

なお、以上の説明では、接続部１３，１４，１５，１６，１７，１８それぞれに一つのコンデンサが接続されているものとしたが、接続部それぞれに複数のコンデンサが並列に接続されてもよい。

また、以上の説明では、第１ブスバー５ａ１，５ｂ１及び第２ブスバー５ａ２，５ｂ２並びに接続部１３，１４，１５，１６，１７，１８の一対の導電材はいずれも平板状、即ち通電方向に垂直な断面において矩形状であるものとしたが、これに限定されるものではない。例えば通電方向に垂直な断面において半円形状とすることもでき、この場合に、通電方向に沿う外表面は、断面における直径を含む平面と、断面における円弧を含む半円筒面とで構成され、平面を互いに対向させ且つ絶縁材を間に挟んで積層すればよい。

１ 誘導加熱用電源装置
２ 交流電源
３ コンバータ部
４ 直流電源部
５ 平滑部
５ａ１，５ｂ１ 第１ブスバー
５ａ２，５ｂ２ 第２ブスバー
６ インバータ部
７ 出力部
７ａ，７ｂ 出力ブスバー
８ 加熱コイル
１０ モジュール本体
１１ ドライバ基板
１２ シールド板
１３，１４，１５，１６，１７，１８ 接続部
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３ ブリッジ
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ パワー半導体素子
Ｍ１，Ｍ２ モジュール
Ｐａｔｈ１，Ｐａｔｈ２，Ｐａｔｈ３ 電流経路
Ｃ１−１，Ｃ１−２，Ｃ１−３，Ｃ２−１，Ｃ２−２，Ｃ２−３ コンデンサ

Claims (6)

1. 直流電源部から出力される直流電力の脈流を平滑する平滑部と、
   前記平滑部による平滑後の直流電力を交流電力に変換するインバータ部と、
   前記インバータ部によって変換された交流電力を出力する出力部と、
   を備え、
   前記出力部は一対の出力ブスバーを有し、
   前記インバータ部は、直列に接続された二つのスイッチング素子をそれぞれ含む第１モジュール及び第２モジュールによって構成される少なくとも一つのブリッジを有し、
   前記ブリッジの前記第１モジュール及び前記第２モジュールは、一対の前記出力ブスバーを挟んで設けられ、前記第１モジュールの出力部は一方の前記出力ブスバーに接続され、前記第２モジュールの出力部は他方の前記出力ブスバーに接続されており、
   前記平滑部は、前記直流電源部の出力部及び前記第１モジュールの入力部に接続される一対の第１ブスバーと、一対の前記第１ブスバーに接続される少なくとも一つのコンデンサと、前記直流電源部の出力部及び前記第２モジュールの入力部に接続される一対の第２ブスバーと、一対の前記第２ブスバーに接続される少なくとも一つのコンデンサと、を有し、
   一対の前記第１ブスバーは、一対の前記出力ブスバーと並行して延び、且つ一対の前記出力ブスバーとの間に前記第１モジュールを挟んで配置され、
   一対の前記第２ブスバーは、一対の前記出力ブスバーと並行して延び、且つ一対の前記出力ブスバーとの間に前記第２モジュールを挟んで配置されている誘導加熱用電源装置。
2. 請求項１記載の誘導加熱用電源装置であって、
   前記第１モジュールの前記入力部は、一対の前記第１ブスバーに沿う前記第１モジュールの一方の端部に設けられ、前記第１モジュールの前記出力部は、一対の前記第１ブスバーとの間に前記第１モジュールを挟む一方の前記出力ブスバーに沿う反対側の端部に設けられており、
   前記第２モジュールの前記入力部は、前記第２ブスバーに沿う前記第２モジュールの一方の端部に設けられ、前記第２モジュールの前記出力部は、一対の前記第２ブスバーとの間に前記第２モジュールを挟む他方の前記出力ブスバーに沿う反対側の端部に設けられている誘導加熱用電源装置。
3. 請求項１又は２記載の誘導加熱用電源装置であって、
   前記インバータ部は、複数の前記ブリッジを有し、
   前記ブリッジそれぞれの前記第１モジュールは、一対の前記第１ブスバーに沿って並んで配置され、前記第１モジュール毎に設けられた接続部を介して一対の前記第１ブスバーに接続されており、
   前記ブリッジそれぞれの前記第２モジュールは、一対の前記第２ブスバーに沿って並んで配置され、前記第２モジュール毎に設けられた接続部を介して一対の前記第２ブスバーに接続されており、
   前記平滑部は、前記第１モジュール毎に設けられ、対応する前記第１モジュールの前記接続部にそれぞれ接続された複数のコンデンサと、前記第２モジュール毎に設けられ、対応する前記第２モジュールの前記接続部にそれぞれ接続された複数のコンデンサと、を有し、
   前記直流電源部の前記出力部に接続される一対の前記第１ブスバーの入力部は、一対の前記出力ブスバーの延在方向一方側における前記第１ブスバーの端部に設けられ、
   前記直流電源部の前記出力部に接続される一対の前記第２ブスバーの入力部は、一対の前記出力ブスバーの延在方向他方側における前記第２ブスバーの端部に設けられている誘導加熱用電源装置。
4. 請求項１又は２記載の誘導加熱用電源装置であって、
   前記インバータ部は、二つの前記ブリッジを有し、
   前記ブリッジそれぞれの前記第１モジュールは、一対の前記第１ブスバーに沿って並んで配置され、前記第１モジュール毎に設けられた接続部を介して一対の前記第１ブスバーに接続されており、
   前記ブリッジそれぞれの前記第２モジュールは、一対の前記第２ブスバーに沿って並んで配置され、前記第２モジュール毎に設けられた接続部を介して一対の前記第２ブスバーに接続されており、
   前記平滑部は、前記第１モジュール毎に設けられ、対応する前記第１モジュールの前記接続部にそれぞれ接続された二つのコンデンサと、前記第２モジュール毎に設けられ、対応する前記第２モジュールの前記接続部にそれぞれ接続された二つのコンデンサと、を有し、
   前記直流電源部の前記出力部に接続される一対の前記第１ブスバーの入力部は、前記第１モジュール毎に設けられた前記接続部の間に設けられ、
   前記直流電源部の前記出力部に接続される一対の前記第２ブスバーの入力部は、前記第２モジュール毎に設けられた前記接続部の間に設けられている誘導加熱用電源装置。
5. 請求項４記載の誘導加熱用電源装置であって、
   一対の前記第１ブスバーの前記入力部は、前記第１モジュール毎に設けられた前記接続部の間を等分する中央部に設けられ、
   一対の前記第２ブスバーの前記入力部は、前記第２モジュール毎に設けられた前記接続部の間を等分する中央部に設けられている誘導加熱用電源装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項記載の誘導加熱用電源装置であって、
   前記第１モジュール及び第２モジュールは、前記スイッチング素子が実装されたモジュール本体と、前記スイッチング素子を駆動するドライバ基板とを有し、
   前記ドライバ基板は、シールド板を介して前記モジュール本体に重ねられている誘導加熱用電源装置。

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