JP2017127095A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】サージ電圧の重畳に伴って発生する電圧変動を抑えることができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】コンバータ回路１０とコンバータ回路１１の間には、離間部材１７が設けられている。離間部材１７は、コンバータ回路１０とコンバータ回路１１の間の距離を離すことで、コンバータ回路１０の共通電源ライン１５０、１５１への接続点Ｐ１、Ｐ２とコンバータ回路１１の共通電源ライン１５０、１５１への接続点Ｐ３、Ｐ４の間の距離を離す部材である。そのため、従来のように接続点間の距離が近い場合に比べ、接続点Ｐ１と接続点Ｐ３の間のインダクタンス、及び、接続点Ｐ２と接続点Ｐ４の間のインダクタンスを大きくすることができる。従って、コンバータ回路１０、１１の発生したサージ電圧が重畳される場合でも、より減衰した状態で重畳されることになる。これにより、サージ電圧の重畳に伴って発生する電圧変動を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のコンバータ回路と、少なくとも１つのインバータ回路とを備えた電力変換装置に関する。

従来、複数のコンバータ回路と、少なくとも１つのインバータ回路とを備えた電力変換装置として、例えば以下に示す特許文献１に開示されている電力変換装置がある。

この電力変換装置は、第１コンバータ部と、第２コンバータ部と、２つのインバータ部とを備えている。

第１コンバータ部は、第１電源から供給される直流を昇圧して出力する回路である。第１電源は、スイッチング素子を備えている。第１コンバータ部は、第１電源に接続されている。スイッチング素子は、共通電源ラインに接続されている。第１コンバータ部は、スイッチング素子をスイッチングさせることで、第１電源から供給される直流を昇圧して共通電源ラインに出力する。

第２コンバータ部は、第２電源から供給される直流を第１コンバータ部の出力電圧と同一の電圧に昇圧して出力する回路である。第２コンバータ部は、スイッチング素子を備えている。第２コンバータ部は、第２電源に接続されている。スイッチング素子は、共通電源ラインに接続されている。第２コンバータ部は、スイッチング素子をスイッチングさせることで、第２電源から供給される直流を第１コンバータ部の出力電圧と同一の電圧に昇圧して共通電源ラインに出力する。

２つのインバータ部は、共通電源ラインを介して入力される直流を３相交流に変換して２つの回転電機にそれぞれ供給する回路である。２つのインバータ部は、スイッチング素子をそれぞれ備えている。一方のインバータ部のスイッチング素子は、共通電源ラインに接続されるとともに、一方の回転電機に接続されている。他方のインバータ部のスイッチング素子は、共通電源ラインに接続されるとともに、他方の回転電機に接続されている。２つのインバータ部は、スイッチング素子をスイッチングさせることで、共通電源ラインを介して入力される直流を３相交流に変換して２つの回転電機にそれぞれ供給する。

特開２０１３−０７４７２２号公報

ところで、スイッチング素子をスイッチングさせると、サージ電圧が発生する。回転電機を保護するため、インバータ部のスイッチング素子の発生するサージ電圧は制限されている。しかし、第１コンバータ部や第２コンバータ部に対しては、そのような制約はない。そのため、第１コンバータ部や第２コンバータ部のスイッチング素子の発生するサージ電圧は、インバータ部のスイッチング素子の発生するサージ電圧より大きくなってしまう。

第１コンバータ部のスイッチング素子と第２コンバータ部のスイッチング素子は、隣接して配置され、共通電源ラインに接続されている。そのため、第１コンバータ部のスイッチング素子の共通電源ラインへの接続点と、第２コンバータ部のスイッチング素子の共通電源ラインへの接続点の距離が近い。従って、第１コンバータ部のスイッチング素子の発生したサージ電圧と、第２コンバータ部のスイッチング素子の発生したサージ電圧が、共通電源ラインにおいてほとんど減衰することなく重畳されてしまう。その結果、共通電源ラインにおける電圧変動が大きくなってしまう。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、サージ電圧の重畳に伴って発生する電圧変動を抑え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なされた本発明は、スイッチング素子を有し、電源に接続されるとともに、スイッチング素子が共通電源ラインに接続され、スイッチング素子をスイッチングさせることで、電源から供給される直流の電圧を変換して共通電源ラインに出力する複数のコンバータ回路と、共通電源ラインに接続されるとともに負荷に接続され、共通電源ラインを介して入力される直流を交流に変換して負荷に供給する少なくとも１つのインバータ回路と、コンバータ回路とコンバータ回路の間に設けられ、当該コンバータ回路間の距離を離すことで当該コンバータ回路の共通電源ラインへの接続点間の距離を離す離間部材と、を有する。

この構成によれば、離間部材によってコンバータ回路間の距離を離すことで、コンバータ回路の共通電源ラインへの接続点間の距離を離すことができる。そのため、従来のように接続点間の距離が近い場合に比べ、接続点間のインダクタンスを大きくすることができる。従って、コンバータ回路の発生したサージ電圧が重畳される場合でも、より減衰した状態で重畳されることになる。これにより、サージ電圧の重畳に伴って発生する電圧変動を抑えることができる。

第１実施形態における電力変換装置の回路図である。 第１実施形態における電力変換装置のＩＧＢＴが配置された冷却装置の上面図である。 第１実施形態の変形形態における電力変換装置のＩＧＢＴが配置された冷却装置の上面図である。 第１実施形態の別の変形形態における電力変換装置のＩＧＢＴが配置された冷却装置の上面図である。 第１実施形態のさらに別の変形形態における電力変換装置の回路図である。 第２実施形態における電力変換装置の回路図である。 第２実施形態における電力変換装置のＩＧＢＴが配置された冷却装置の上面平面図である。 第２実施形態の変形形態における電力変換装置の回路図である。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

（第１実施形態）
まず、図１及び図２を参照して電力変換装置の構成について説明する。図１に示す電力変換装置１は、電源ＤＣ１、ＤＣ２から供給される直流を３相交流に変換して、負荷であるモータＭ１、Ｍ２に供給する装置である。ここで、電源ＤＣ１、ＤＣ２は、充放電可能なバッテリである。モータＭ１、Ｍ２は、３相交流が供給されることでトルクを発生する機器である。電力変換装置１は、コンバータ回路１０、１１と、平滑コンデンサ１２と、インバータ回路１３、１４とを備えている。

コンバータ回路１０は、電源ＤＣ１から供給される直流の電圧を変換して出力する回路である。具体的には、電源ＤＣ１から供給される直流を昇圧して出力する回路である。コンバータ回路１０は、コンデンサ１００と、リアクトル１０１と、ＩＧＢＴ１０２、１０３とを備えている。

コンデンサ１００は、電源ＤＣ１から供給される直流を平滑化する素子である。コンデンサ１００の一端は電源ＤＣ１の正極端に、他端は電源ＤＣ１の負極端にそれぞれ接続されている。

リアクトル１０１は、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。リアクトル１０１の一端はコンデンサ１００の一端に、他端はＩＧＢＴ１０２、１０３にそれぞれ接続されている。

ＩＧＢＴ１０２、１０３は、スイッチングすることで、リアクトル１０１にエネルギーを蓄積又はリアクトル１０１からエネルギーを放出させるためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１０２、１０３は直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１０２のエミッタが、ＩＧＢＴ１０３のコレクタに接続されている。直列接続されたＩＧＢＴ１０２、１０３の直列接続点は、リアクトル１０１の他端に接続されている。ＩＧＢＴ１０２のコレクタは、共通電源ライン１５０に接続されている。ＩＧＢＴ１０３のエミッタは、コンデンサ１００の他端に接続されるとともに共通電源ライン１５１に接続されている。

コンバータ回路１０は、ＩＧＢＴ１０２、１０３をスイッチングさせることで、電源ＤＣ１から供給される直流を昇圧して共通電源ライン１５０、１５１に出力する。

コンバータ回路１１は、電源ＤＣ２から供給される直流の電圧を変換して出力する回路である。具体的には、電源ＤＣ２から供給される直流をコンバータ回路１０の出力電圧と同一の電圧に昇圧して出力する回路である。コンバータ回路１１は、コンデンサ１１０と、リアクトル１１１と、ＩＧＢＴ１１２、１１３とを備えている。

コンデンサ１１０は、電源ＤＣ２から供給される直流を平滑化する素子である。コンデンサ１１０の一端は電源ＤＣ２の正極端に、他端は電源ＤＣ２の負極端にそれぞれ接続されている。

リアクトル１１１は、電流が流れることでエネルギーを蓄積、放出するとともに電圧を誘起する素子である。リアクトル１１１の一端はコンデンサ１１０一端に、他端はＩＧＢＴ１１２、１１３にそれぞれ接続されている。

ＩＧＢＴ１１２、１１３は、スイッチングすることで、リアクトル１１１にエネルギーを蓄積又はリアクトル１１１からエネルギーを放出させるためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１１２、１１３は直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１２のエミッタが、ＩＧＢＴ１１３のコレクタに接続されている。直列接続されたＩＧＢＴ１１２、１１３の直列接続点は、リアクトル１１１の他端に接続されている。ＩＧＢＴ１１２のコレクタは、共通電源ライン１５０に接続されている。ＩＧＢＴ１１３のエミッタは、コンデンサ１１０の他端に接続されるとともに共通電源ライン１５１に接続されている。

コンバータ回路１１は、ＩＧＢＴ１１２、１１３をスイッチングさせることで、電源ＤＣ２から供給される直流の電圧をコンバータ回路１０の出力電圧と同一の電圧に昇圧して共通電源ライン１５０、１５１に出力する。

平滑コンデンサ１２は、共通電源ライン１５０、１５１に出力された直流を平滑化するための素子である。平滑コンデンサ１２の一端は共通電源ライン１５０に、他端は共通電源ライン１５１にそれぞれ接続されている。

インバータ回路１３は、共通電源ライン１５０、１５１を介して入力される直流を交流に変換してモータＭ１に供給する回路である。具体的には、直流を３相交流に変換してモータＭ１に供給する回路である。インバータ回路１３は、ＩＧＢＴ１３０〜１３５を備えている。

ＩＧＢＴ１３０〜１３５は、スイッチングすることで直流を３相交流に変換するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１３０、１３３、ＩＧＢＴ１３１、１３４及びＩＧＢＴ１３２、１３５はそれぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１３０〜１３２のエミッタが、ＩＧＢＴ１３３〜１３５のコレクタにそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１３０〜１３２のコレクタは共通電源ライン１５０に、ＩＧＢＴ１３３〜１３５のエミッタは共通電源ライン１５１にそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＩＧＢＴ１３０、１３３、ＩＧＢＴ１３１、１３４及びＩＧＢＴ１３２、１３５の直列接続点は、モータＭ１にそれぞれ接続されている。

インバータ回路１３は、ＩＧＢＴ１３０〜１３５をスイッチングさせることで、共通電源ライン１５０、１５１を介して入力される直流を３相交流に変換してモータＭ１に供給する。

インバータ回路１４は、共通電源ライン１５０、１５１を介して入力される直流を交流に変換してモータＭ２に供給する回路である。具体的には、直流を３相交流に変換してモータＭ２に供給する回路である。インバータ回路１４は、ＩＧＢＴ１４０〜１４５を備えている。

ＩＧＢＴ１４０〜１４５は、スイッチングすることで直流を３相交流に変換するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１４０、１４３、ＩＧＢＴ１４１、１４４及びＩＧＢＴ１４２、１４５はそれぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１４０〜１４２のエミッタが、ＩＧＢＴ１４３〜１４５のコレクタにそれぞれ接続されている。ＩＧＢＴ１４０〜１４２のコレクタは共通電源ライン１５０に、ＩＧＢＴ１４３〜１４５のエミッタは共通電源ライン１５１にそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＩＧＢＴ１４０、１４３、ＩＧＢＴ１４１、１４４及びＩＧＢＴ１４２、１４５の直列接続点は、モータＭ２にそれぞれ接続されている。

インバータ回路１４は、ＩＧＢＴ１４０〜１４５をスイッチングさせることで、共通電源ライン１５０、１５１を介して入力される直流を３相交流に変換してモータＭ２に供給する。

図２に示すように、電力変換装置１は、冷却装置１６を備えている。ＩＧＢＴ１０２、１０３、１１２、１１３、１３０〜１３５、１４０〜１４５は、電流が流れることで発熱し、温度が上昇する。冷却装置１６は、冷媒が流れることで、ＩＧＢＴ１０２、１０３、１１２、１１３、１３０〜１３５、１４０〜１４５を冷却する装置である。冷却装置１６は、冷却管１６０ａ〜１６０ｉと、導入管１６１と、導出管１６２と、連結管１６３とを備えている。

冷却管１６０ａ〜１６０ｉは、ＩＧＢＴ１０２、１０３、１１２、１１３、１３０〜１３５、１４０〜１４５に接触し、冷媒が流れることで、これらのＩＧＢＴを冷却するアルミニウムからなる中空板状の部材である。冷却管１６０ａ〜１６０ｈの一端部及び他端部の一面側及び他面側には、冷媒を流通させるための貫通孔が形成されている。冷却管１６０ｉの一端部及び他端部の一面側には、冷媒を流通させるための貫通孔が形成されている。

導入管１６１は、冷媒を導入するアルミニウムからなる円筒状の部材である。導出管１６２は、冷媒を導出するアルミニウムからなる円筒状の部材である。連結管１６３は、冷却管１６０ａ〜１６０ｉを連結するアルミニウムからなる円筒状の部材である。

冷却管１６０ａの一端部は導入管１６１に、他端部は導出管１６２にそれぞれ連結されている。冷却管１６０ｂの一端部及び他端部は、連結管１６３を介して冷却管１６０ａの一端部及び他端部にそれぞれ連結されている。冷却管１６０ｃの一端部及び他端部は、連結管１６３を介して冷却管１６０ｂの一端部及び他端部にそれぞれ連結されている。同様にして、冷却管１６０ｄ〜１６０ｉの一端部及び他端部も、連結管１６３を介して冷却管１６０ｃ〜１６０ｈの一端部及び他端部にそれぞれ連結されている。

コンバータ回路１０のＩＧＢＴ１０２、１０３及びコンバータ回路１１のＩＧＢＴ１１２、１１３は、発熱が大きいものほど、冷却装置１６の熱抵抗が低い位置に配置されている。具体的には、発熱が大きいものほど、冷媒の流れの上流側に設けられている冷却管に接触して配置されている。発熱が大きいものほど、冷媒の流れの上流側で冷媒が流入する冷却管に接触して配置されている。

コンバータ回路１１に比べてコンバータ回路１０の使用頻度が高い場合、コンバータ回路１０のＩＧＢＴ１０２、１０３の発熱が、コンバータ回路１１のＩＧＢＴ１１２、１１３より大きくなる。発熱が大きいＩＧＢＴ１０２、１０３は、冷媒の流れの上流側に設けられている冷却管の間に、これらに接触した状態で配置されている。一方、発熱が小さいＩＧＢＴ１１２、１１３は、ＩＧＢＴ１０２、１０３が配置される冷却管よりも下流側に設けられている冷却管の間に、これらに接触した状態で配置されている。

コンバータ回路１０とコンバータ回路１１の間には、離間部材１７が設けられている。離間部材１７は、コンバータ回路１０とコンバータ回路１１の間の距離を離すことで、コンバータ回路１０の共通電源ライン１５０、１５１への接続点Ｐ１、Ｐ２と、コンバータ回路１１の共通電源ライン１５０、１５１への接続点Ｐ３、Ｐ４の間の距離を離す部材である。具体的には、ＩＧＢＴ１０２、１０３とＩＧＢＴ１１２、１１３の間に配置され、ＩＧＢＴ１０２、１０３とＩＧＢＴ１１２、１１３の間の距離を離す部材である。離間部材１７は、インバータ回路１３、１４である。具体的には、ＩＧＢＴ１３０〜１３５、１４０〜１４５である。

コンバータ回路１０のＩＧＢＴ１０２、１０３は、冷媒の流れの上流側に設けられている冷却管１６０ａ、１６０ｂの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ１０２を後側、ＩＧＢＴ１０３を前側にした状態で配置されている。

コンバータ回路１１のＩＧＢＴ１１２、１１３は、冷却管１６０ａ、１６０ｂよりも下流側に設けられている冷却管１６０ｈ、１６０ｉの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ１１２を後側、ＩＧＢＴ１１３を前側にした状態で配置されている。

インバータ回路１３のＩＧＢＴ１３０〜１３５及びインバータ回路１４のＩＧＢＴ１４０〜１４５は、コンバータ回路１０のＩＧＢＴ１０２、１０３とコンバータ回路１１のＩＧＢＴ１１２、１１３の間に、冷却管１６０ｂ〜１６０ｈに接触した状態で配置されている。

インバータ回路１３のＩＧＢＴ１３０、１３３は、冷却管１６０ｂ、１６０ｃの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ１３０を後側、ＩＧＢＴ１３３を前側にした状態で配置されている。ＩＧＢＴ１３１、１３４は、冷却管１６０ｃ、１６０ｄの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ１３１を後側、ＩＧＢＴ１３４を前側にした状態で配置されている。ＩＧＢＴ１３２、１３５は、冷却管１６０ｄ、１６０ｅの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ１３２を後側、ＩＧＢＴ１３５を前側にした状態で配置されている。

インバータ回路１４のＩＧＢＴ１４０、１４３は、冷却管１６０ｅ、１６０ｆの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ１４０を後側、ＩＧＢＴ１４３を前側にした状態で配置されている。ＩＧＢＴ１４１、１４４は、冷却管１６０ｆ、１６０ｇの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ１４１を後側、ＩＧＢＴ１４４を前側にした状態で配置されている。ＩＧＢＴ１４２、１４５は、冷却管１６０ｇ、１６０ｈの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ１４２を後側、ＩＧＢＴ１４５を前側にした状態で配置されている。

ＩＧＢＴ１０２、１３０〜１３２、１４０〜１４２、１１２のコレクタＣは、バスバーからなる共通電源ライン１５０に接続されている。ＩＧＢＴ１０３、１３３〜１３５、１４３〜１４５、１１３のエミッタＥは、バスバーからなる共通電源ライン１５１に接続されている。ＩＧＢＴ１０２、１３０〜１３２、１４０〜１４２、１１２のエミッタＥと、ＩＧＢＴ１０３、１３３〜１３５、１４３〜１４５、１１３のコレクタＣは、バスバーによってそれぞれ接続されている。

このようにコンバータ回路１０、１１及びインバータ回路１３、１４を配置し、共通電源ライン１５０、１５１に接続することで、コンバータ回路１０の共通電源ライン１５０、１５１への接続点Ｐ１、Ｐ２と、コンバータ回路１１の共通電源ライン１５０、１５１への接続点Ｐ３、Ｐ４の間の距離を離すことができる。

次に、図１及び図２を参照して電力変換装置の動作について説明する。図１に示すコンバータ回路１０は、ＩＧＢＴ１０２、１０３を所定のタイミングでスイッチングさせることで、電源ＤＣ１から供給される直流電圧を昇圧して共通電源ライン１５０、１５１に出力する。コンバータ回路１１は、ＩＧＢＴ１１２、１１３を所定のタイミングでスイッチングさせることで、電源ＤＣ２から供給される直流電圧をコンバータ回路１０の出力電圧と同一の電圧に昇圧して共通電源ライン１５０、１５１に出力する。

インバータ回路１３は、必要に応じてＩＧＢＴ１３０〜１３５を所定のタイミングでスイッチングさせることで、共通電源ライン１５０、１５１を介して入力される直流を３相交流に変換してモータＭ１に供給する。モータＭ１は、３相交流が供給されることでトルクを発生する。インバータ回路１４は、必要に応じてＩＧＢＴ１４０〜１４５を所定のタイミングでスイッチングさせることで、共通電源ライン１５０、１５１を介して入力される直流を３相交流に変換してモータＭ２に供給する。モータＭ２は、３相交流が供給されることでトルクを発生する。

ＩＧＢＴ１０２、１０３、１１２、１１３、１３０〜１３５、１４０〜１４５をスイッチングさせると、サージ電圧が発生する。モータＭ１、Ｍ２を保護するため、インバータ回路１３、１４のＩＧＢＴ１３０〜１３５、１４０〜１４５の発生するサージ電圧は制限されている。しかし、コンバータ回路１０、１１に対しては、そのような制約はない。そのため、コンバータ回路１０、１１のＩＧＢＴ１０２、１０３、１１２、１１３の発生するサージ電圧は、インバータ回路１３、１４のＩＧＢＴ１３０〜１３５、１４０〜１４５の発生するサージ電圧より大きくなってしまう。

ＩＧＢＴ１０２、１０３とＩＧＢＴ１１２、１１３は、共通電源ライン１５０、１５１に接続されている。しかし、図２に示すように、ＩＧＢＴ１０２、１０３とＩＧＢＴ１１２、１１３の間には、ＩＧＢＴ１０２、１０３とＩＧＢＴ１１２、１１３の距離を離すことで、コンバータ回路１０の共通電源ライン１５０、１５１への接続点Ｐ１、Ｐ２と、コンバータ回路１１の共通電源ライン１５０、１５１への接続点Ｐ３、Ｐ４の距離を離す離間部材１７が配置されている。具体的には、インバータ回路１３、１４のＩＧＢＴ１３０〜１３５、１４０〜１４５が配置されている。そのため、従来のように接続点間の距離が近い場合に比べ、接続点Ｐ１と接続点Ｐ３の間のインダクタンス、及び、接続点Ｐ２と接続点Ｐ４の間のインダクタンスを大きくすることができる。従って、コンバータ回路１０、１１の発生したサージ電圧が重畳される場合でも、より減衰した状態で重畳されることになる。これにより、サージ電圧の重畳に伴って発生する電圧変動を抑えることができる。

次に、第１実施形態における電力変換装置の効果について説明する。第１実施形態によれば、コンバータ回路１０とコンバータ回路１１の間には、離間部材１７が設けられている。離間部材１７は、コンバータ回路１０とコンバータ回路１１の間の距離を離すことで、コンバータ回路１０の共通電源ライン１５０、１５１への接続点Ｐ１、Ｐ２と、コンバータ回路１１の共通電源ライン１５０、１５１への接続点Ｐ３、Ｐ４の間の距離を離す部材である。そのため、従来のように接続点間の距離が近い場合に比べ、接続点Ｐ１と接続点Ｐ３の間のインダクタンス、及び、接続点Ｐ２と接続点Ｐ４の間のインダクタンスを大きくすることができる。従って、コンバータ回路１０、１１の発生したサージ電圧が重畳される場合でも、より減衰した状態で重畳されることになる。これにより、サージ電圧の重畳に伴って発生する電圧変動を抑えることができる。

第１実施形態によれば、コンバータ回路１０のＩＧＢＴ１０２のコレクタは共通電源ライン１５０に、ＩＧＢＴ１０３のエミッタは共通電源ライン１５１にそれぞれ接続されている。コンバータ回路１１のＩＧＢＴ１１２のコレクタは共通電源ライン１５０に、ＩＧＢＴ１０３のエミッタは共通電源ライン１５１にそれぞれ接続されている。離間部材１７は、コンバータ回路１０のＩＧＢＴ１０２、１０３とコンバータ回路１１のＩＧＢＴ１１２、１１３の間に配置され、ＩＧＢＴ１０２、１０３とＩＧＢＴ１１２、１１３の間の距離を離す部材である。そのため、接続点Ｐ１と接続点Ｐ３の間の距離、及び、接続点Ｐ２と接続点Ｐ４の間の距離を確実に離すことができる。

第１実施形態によれば、離間部材１７は、そもそも電力変換装置１の構成要素であるインバータ回路１３、１４である。そのため、別途離間部材を用意する必要がない。従って、体格を大きくすることなく電力変換装置１を構成することができる。

第１実施形態によれば、電力変換装置１は、冷却装置１６を備えている。コンバータ回路１０のＩＧＢＴ１０２、１０３及びコンバータ回路１１のＩＧＢＴ１１２、１１３は、発熱が大きいものほど、冷却装置１６の熱抵抗が低い位置に配置されている。そのため、発熱が大きいＩＧＢＴほどより強力に冷却することができる。従って、電力変換装置１の温度上昇を確実に抑えることができる。

第１実施形態によれば、冷却装置１６は、コンバータ回路１０のＩＧＢＴ１０２、１０３及びコンバータ回路１１のＩＧＢＴ１１２、１１３に接触し、冷媒が流れることで、これらのＩＧＢＴを冷却する冷却管を複数備えている。ＩＧＢＴ１０２、１０３及びＩＧＢＴ１１２、１１３は、発熱が大きいものほど、冷媒の流れの上流側に設けられている冷却管に接触して配置されている。そのため、発熱が大きいＩＧＢＴほど、冷却装置１６の熱抵抗が低い位置に確実に配置することができる。

なお、第１実施形態では、コンバータ回路１０のＩＧＢＴ１０２、１０３が冷却管１６０ａ、１６０ｂの間に、コンバータ回路１１のＩＧＢＴ１１２、１１３が冷却管１６０ｈ、１６０ｉの間に、インバータ回路１３のＩＧＢＴ１３０〜１３５が冷却管１６０ｂ〜１６０ｅの間に、インバータ回路１４のＩＧＢＴ１４０〜１４５が冷却管１６０ｅ〜１６０ｈの間にそれぞれ配置されている例を挙げているが、これに限られるものではない。図３に示すように、コンバータ回路１０のＩＧＢＴ１０２、１０３が冷却管１６０ａ、１６０ｂの間に、コンバータ回路１１のＩＧＢＴ１１２、１１３が冷却管１６０ｅ、１６０ｆの間に、インバータ回路１３のＩＧＢＴ１３０〜１３５が冷却管１６０ｂ〜１６０ｅの間に、インバータ回路１４のＩＧＢＴ１４０〜１４５が冷却管１６０ｆ〜１６０ｉの間にそれぞれ配置されていてもよい。図４に示すように、コンバータ回路１０のＩＧＢＴ１０２、１０３が冷却管１６０ｄ、１６０ｅの間に、コンバータ回路１１のＩＧＢＴ１１２、１１３が冷却管１６０ｈ、１６０ｉの間に、インバータ回路１３のＩＧＢＴ１３０〜１３５が冷却管１６０ａ〜１６０ｄの間に、インバータ回路１４のＩＧＢＴ１４０〜１４５が冷却管１６０ｅ〜１６０ｈの間にそれぞれ配置されていてもよい。

第１実施形態では、コンバータ回路１０が電源ＤＣ１から供給される直流を変換して出力し、コンバータ回路１１が電源ＤＣ１とは異なる電源ＤＣ２から供給される直流を変換して出力する例を挙げているが、これに限られるものではない。図５に示すように、コンバータ回路１０、１１は、共通の電源ＤＣ１から供給される直流を変換して出力するようにしてもよい。

第１実施形態では、電源ＤＣ１、ＤＣ２が充放電可能なバッテリである例を挙げているが、これに限られるものではない。電源は、充放電可能なキャパシタであってもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の電力変換装置について説明する。第２実施形態の電力変換装置は、第１実施形態の電力変換装置が２つのインバータ回路を備え２つのモータに３相交流を供給するのに対して、１つのインバータ回路を備え１つのモータに３相交流を供給するようにしたものである。

まず、図６及び図７を参照して第２実施形態の電力変換装置の構成について説明する。図６に示す電力変換装置２は、電源ＤＣ１、ＤＣ２から供給される直流を３相交流に変換して負荷であるモータＭ１に供給する装置である。ここで、電源ＤＣ１は、充放電可能なバッテリである。モータＭ１は、３相交流が供給されることでトルクを発生する機器である。電力変換装置２は、コンバータ回路２０、２１と、平滑コンデンサ２２と、インバータ回路２３とを備えている。

コンバータ回路２０、２１は、電源ＤＣ１、ＤＣ２から供給される直流の電圧をそれぞれ変換して出力する回路である。コンバータ回路２０は、コンデンサ２００と、リアクトル２０１と、ＩＧＢＴ２０２、２０３とを備えている。コンバータ回路２１は、コンデンサ２１０と、リアクトル２１１と、ＩＧＢＴ２１２、２１３とを備えている。コンデンサ２００、２１０、リアクトル２０１、２１１及びＩＧＢＴ２０２、２０３、２１２、２１３は、第１実施形態のコンデンサ１００、１１０、リアクトル１０１、１１１及びＩＧＢＴ１０２、１０３、１１２、１１３と同一構成である。

平滑コンデンサ２２は、共通電源ライン２５０、２５１に出力された直流を平滑化するための素子である。平滑コンデンサ２２は、第１実施形態の平滑コンデンサ１２と同一構成である。

インバータ回路２３は、共通電源ライン２５０、２５１を介して入力される直流を交流に変換して、モータＭ１に供給する回路である。インバータ回路２３は、ＩＧＢＴ２３０〜２３５を備えている。ＩＧＢＴ２３０〜２３５は、第１実施形態のＩＧＢＴ１３０〜１３５と同一構成である。

図７に示すように、電力変換装置２は、冷却装置２６を備えている。冷却装置２６は、冷却管２６０ａ〜２６０ｅ、２６０ｉと、導入管２６１と、導出管２６２と、連結管２６３とを備えている。冷却管２６０ａ〜２６０ｅ、２６０ｉ、導入管２６１、導出管２６２及び連結管２６３は、第１実施形態の冷却管１６０ａ〜１６０ｅ、１６０ｉ、導入管１６１、導出管１６２及び連結管１６３と同一のものである。冷却装置２６は、第１実施形態の冷却装置１６が９つの冷却管で構成されているのに対して、６つの冷却管で構成したものである。第１実施形態の冷却装置１６において、冷却管１６０ｆ〜１６０ｈ及びこれらを連結する連結管１６３を取り除いたものと同一構成である。

コンバータ回路２０のＩＧＢＴ２０２、２０３及びコンバータ回路２１のＩＧＢＴ２１２、２１３は、発熱が大きいものほど、冷却装置２６の熱抵抗が低い位置に配置されている。具体的には、発熱が大きいものほど、冷媒の流れの上流側に設けられている冷却管に接触して配置されている。発熱が大きいものほど、冷媒の流れの上流側で冷媒が流入する冷却管に接触して配置されている。

コンバータ回路２１に比べてコンバータ回路２０の使用頻度が高い場合、コンバータ回路２０のＩＧＢＴ２０２、２０３の発熱がコンバータ回路２１のＩＧＢＴ２１２、２１３より大きくなる。発熱が大きいＩＧＢＴ２０２、２０３は、冷媒の流れの上流側に設けられている冷却管の間にこれらに接触した状態で配置されている。一方、発熱が小さいＩＧＢＴ２１２、２１３は、ＩＧＢＴ２０２、２０３が配置される冷却管よりも下流側に設けられている冷却管の間に、これらに接触した状態で配置されている。

コンバータ回路２０とコンバータ回路２１の間には、離間部材２７が設けられている。離間部材２７は、コンバータ回路２０とコンバータ回路２１の間の距離を離すことで、コンバータ回路２０の共通電源ライン２５０、２５１への接続点Ｐ１、Ｐ２と、コンバータ回路２１の共通電源ライン２５０、２５１への接続点Ｐ３、Ｐ４の間の距離を離す部材である。具体的には、ＩＧＢＴ２０２、２０３とＩＧＢＴ２１２、２１３の間に配置され、ＩＧＢＴ２０２、２０３とＩＧＢＴ２１２、２１３の間の距離を離す部材である。離間部材２７は、インバータ回路２３である。具体的には、ＩＧＢＴ２３０〜２３５である。

コンバータ回路２０のＩＧＢＴ２０２、２０３は、冷媒の流れの上流側に設けられている冷却管２６０ａ、２６０ｂの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ２０２を後側、ＩＧＢＴ２０３を前側にした状態で配置されている。

コンバータ回路２１のＩＧＢＴ２１２、２１３は、冷却管２６０ａ、２６０ｂよりも下流側に設けられている冷却管２６０ｅ、２６０ｉの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ２１２を後側、ＩＧＢＴ２１３を前側にした状態で配置されている。

インバータ回路２３のＩＧＢＴ２３０〜２３５は、コンバータ回路２０のＩＧＢＴ２０２、２０３とコンバータ回路２１のＩＧＢＴ２１２、２１３の間に、冷却管２６０ｂ〜２６０ｅに接触した状態で配置されている。

インバータ回路２３のＩＧＢＴ２３０、２３３は、冷却管２６０ｂ、２６０ｃの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ２３０を後側、ＩＧＢＴ２３３を前側にした状態で配置されている。ＩＧＢＴ２３１、２３４は、冷却管２６０ｃ、２６０ｄの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ２３１を後側、ＩＧＢＴ２３４を前側にした状態で配置されている。ＩＧＢＴ２３２、２３５は、冷却管２６０ｄ、２６０ｅの間に、これらに接触した状態で配置されている。ＩＧＢＴ２３２を後側、ＩＧＢＴ２３５を前側にした状態で配置されている。

ＩＧＢＴ２０２、２３０〜２３２、２１２のコレクタＣは、バスバーからなる共通電源ライン２５０に接続されている。ＩＧＢＴ２０３、２３３〜２３５、２１３のエミッタＥは、バスバーからなる共通電源ライン２５１に接続されている。ＩＧＢＴ２０２、２３０〜２３２、２１２のエミッタＥと、ＩＧＢＴ２０３、２３３〜２３５、２１３のコレクタＣは、バスバーによってそれぞれ接続されている。

このようにコンバータ回路２０、２１及びインバータ回路２３を配置し、共通電源ライン２５０、２５１に接続することで、コンバータ回路２０の共通電源ライン２５０、２５１への接続点Ｐ１、Ｐ２と、コンバータ回路２１の共通電源ライン２５０、２５１への接続点Ｐ３、Ｐ４の間の距離を離すことができる。

次に、図６及び図７を参照して電力変換装置の動作について説明する。図６に示すコンバータ回路２０は、ＩＧＢＴ２０２、２０３を所定のタイミングでスイッチングさせることで、電源ＤＣ１から供給される直流電圧を昇圧して共通電源ライン２５０、２５１に出力する。コンバータ回路２１は、ＩＧＢＴ２１２、２１３を所定のタイミングでスイッチングさせることで、電源ＤＣ２から供給される直流電圧をコンバータ回路２０の出力電圧と同一の電圧に昇圧して共通電源ライン２５０、２５１に出力する。

インバータ回路２３は、必要に応じてＩＧＢＴ２３０〜２３５を所定のタイミングでスイッチングさせることで、共通電源ライン２５０、２５１を介して入力される直流を３相交流に変換してモータＭ１に供給する。モータＭ１は、３相交流が供給されることでトルクを発生する。

ＩＧＢＴ２０２、２０３とＩＧＢＴ２１２、２１３は、共通電源ライン２５０、２５１に接続されている。しかし、図７に示すように、ＩＧＢＴ２０２、２０３とＩＧＢＴ２１２、２１３の間には、ＩＧＢＴ２０２、２０３とＩＧＢＴ２１２、２１３の距離を離すことで、コンバータ回路２０の共通電源ライン２５０、２５１への接続点Ｐ１、Ｐ２と、コンバータ回路２１の共通電源ライン２５０、２５１への接続点Ｐ３、Ｐ４の距離を離す離間部材２７が配置されている。具体的には、インバータ回路２３のＩＧＢＴ２３０〜２３５が配置されている。そのため、従来のように接続点間の距離が近い場合に比べ、接続点Ｐ１と接続点Ｐ３の間のインダクタンス、及び、接続点Ｐ２と接続点Ｐ４の間のインダクタンスを大きくすることができる。従って、コンバータ回路２０、２１の発生したサージ電圧が重畳される場合でも、より減衰した状態で重畳されることになる。これにより、サージ電圧の重畳に伴って発生する電圧変動を抑えることができる。

次に、第２実施形態における電力変換装置の効果について説明する。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第２実施形態では、コンバータ回路２０が電源ＤＣ１から供給される直流を変換して出力し、コンバータ回路２１が電源ＤＣ１とは異なる電源ＤＣ２から供給される直流を変換して出力する例を挙げているが、これに限られるものではない。図８に示すように、コンバータ回路２０、２１は、共通の電源ＤＣ１から供給される直流を変換して出力するようにしてもよい。

第２実施形態では、電源ＤＣ１、ＤＣ２が充放電可能なバッテリである例を挙げているが、これに限られるものではない。電源は、充放電可能なキャパシタであってもよい。

なお、第１及び第２実施形態では、電力変換装置が２つのコンバータ回路を備えている例を挙げているが、これに限られるものではない。電力変換装置は、３つ以上のコンバータ回路を備えていてもよい。複数のコンバータ回路を備えていればよい。

第１実施形態では、電力変換装置が２つのインバータ回路を備え、第２実施形態では、電力変換装置が１つのインバータ回路を備えている例を挙げているが、これに限られるものではない。電力変換装置は、３つ以上のインバータ回路を備えていてもよい。少なくとも１つのインバータ回路を備えていればよい。

１・・・電力変換装置、１０、１１・・・コンバータ回路、１０２、１０３、１１２、１１３・・・ＩＧＢＴ、１３、１４・・・インバータ回路、１３０〜１３５、１４０〜１４５・・・ＩＧＢＴ、１５０、１５１・・・共通電源ライン、１６・・・冷却装置、１６０ａ〜１６０ｉ・・・冷却管、１７・・・離間部材

Claims (5)

1. スイッチング素子を有し、電源に接続されるとともに、前記スイッチング素子が共通電源ラインに接続され、前記スイッチング素子をスイッチングさせることで、前記電源から供給される直流の電圧を変換して前記共通電源ラインに出力する複数のコンバータ回路（１０、１１、２０、２１）と、
   前記共通電源ラインに接続されるとともに負荷に接続され、前記共通電源ラインを介して入力される直流を交流に変換して前記負荷に供給する少なくとも１つのインバータ回路（１３、１４、２３）と、
   前記コンバータ回路と前記コンバータ回路の間に設けられ、当該コンバータ回路間の距離を離すことで当該コンバータ回路の前記共通電源ラインへの接続点間の距離を離す離間部材（１７、２７）と、
   を有する電力変換装置。
2. 前記離間部材は、当該コンバータ回路の前記スイッチング素子と前記スイッチング素子の間に設けられ、当該スイッチング素子間の距離を離すことで当該コンバータ回路の前記共通電源ラインへの接続点間の距離を離す請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記離間部材は、前記インバータ回路である請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 冷却装置（１６、２６）を有し、
   前記スイッチング素子（１０２、１０３、１１２、１１３、２０２、２０３、２１２、２１３）は、発熱が大きいものほど、前記冷却装置の熱抵抗が低い位置に配置される請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記冷却装置は、前記スイッチング素子に接触し、冷媒が流れることで前記スイッチング素子を冷却する冷却管（１６０ａ〜１６０ｉ、２６０ａ〜２６０ｅ、２６０ｉ）を複数有し、
   前記スイッチング素子は、発熱が大きいものほど、冷媒の流れの上流側に設けられている前記冷却管に接触して配置される請求項４に記載の電力変換装置。

Images