JP2019013064A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサの選択の自由度が小さくなることを抑制することが可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】この電力変換装置１００は、冷却体３と、冷却体３にそれぞれ取り付けられた第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５と、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５にそれぞれ接続された第１導体６および第２導体７と、第１導体６と第２導体７とを接続する第３導体８と、第３導体８に接続された平滑用のコンデンサ回路９と、を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、冷却体と、冷却体に取り付けられた半導体電力変換モジュールを備える電力変換装置に関する。

従来、冷却体と、冷却体に取り付けられた半導体電力変換モジュールを備える電力変換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、冷却体と、冷却体の対向する両面にそれぞれ取り付けられたＩＧＢＴモジュール（半導体電力変換モジュール）とを備える電力変換装置が開示されている。この電力変換装置では、一方のＩＧＢＴモジュールおよび他方のＩＧＢＴモジュールは、互いに異なる導体に接続されている。また、一方のＩＧＢＴモジュールが接続された導体と、他方のＩＧＢＴモジュールが接続された導体とは、これらの導体とは別個に設けられた導体により接続されている。また、この電力変換装置では、平滑用のコンデンサが、一方のＩＧＢＴモジュールが接続された導体、または、他方のＩＧＢＴモジュールが接続された導体に接続されている。この電力変換装置では、一方のＩＧＢＴモジュール、他方のＩＧＢＴモジュールおよび平滑用のコンデンサの同電位同士が、３つの導体により電気的に接続されている。

特開２０１４−１１８１９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された電力変換装置では、コンデンサが、一方のＩＧＢＴモジュールが接続された導体、または、他方のＩＧＢＴモジュールが接続された導体に接続されているため、一方のＩＧＢＴモジュールからコンデンサまでの距離と、他方のＩＧＢＴモジュールからコンデンサまでの距離とが大きく異なる。この場合、一方のＩＧＢＴモジュールとコンデンサとの間の配線インダクタンスと、他方のＩＧＢＴモジュールとコンデンサとの間の配線インダクタンスとが大きく異なるため、一方のＩＧＢＴモジュールを動作させた場合にコンデンサに流れるリプル電流と、他方のＩＧＢＴモジュールを動作させた場合にコンデンサに流れるリプル電流とが大きく異なる。

通常、コンデンサには、リプル電流の上限値が定められているため、上記特許文献１に記載された電力変換装置では、一方のＩＧＢＴモジュールを動作させた場合にコンデンサに流れるリプル電流と、他方のＩＧＢＴモジュールを動作させた場合にコンデンサに流れるリプル電流とのうち、いずれか大きい方のリプル電流に合わせて、コンデンサを選択しなければならず、コンデンサの選択の自由度が小さくなるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、コンデンサの選択の自由度が小さくなることを抑制することが可能な電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電力変換装置は、冷却体と、冷却体にそれぞれ取り付けられた第１半導体電力変換モジュールおよび第２半導体電力変換モジュールと、第１半導体電力変換モジュールおよび第２半導体電力変換モジュールにそれぞれ接続された第１導体および第２導体と、第１導体と第２導体とを接続する第３導体と、第３導体に接続された平滑用のコンデンサ回路と、を備える。

この発明の一の局面による電力変換装置では、上記のように、平滑用のコンデンサ回路を、第１導体と第２導体とを接続する第３導体に接続する。これにより、第１半導体電力変換モジュールからコンデンサ回路までの距離と、第２半導体電力変換モジュールからコンデンサ回路までの距離とが大きく異なることを抑制することができるので、第１半導体電力変換モジュールとコンデンサ回路との間の配線インダクタンスと、第２半導体電力変換モジュールとコンデンサ回路との間の配線インダクタンスとが大きく異なることを抑制することができる。その結果、第１半導体電力変換モジュールを動作させた場合にコンデンサ回路に流れるリプル電流と、第２半導体電力変換モジュールを動作させた場合にコンデンサ回路に流れるリプル電流とが大きく異なることを抑制することができるので、リプル電流に起因して、コンデンサ回路のコンデンサの選択の自由度が小さくなることを抑制することができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、第１半導体電力変換モジュールおよび第２半導体電力変換モジュールは、冷却体の対向する両面にそれぞれ取り付けられている。このように構成すれば、第１半導体電力変換モジュールおよび第２半導体電力変換モジュールを、冷却体に容易に取り付けることができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、コンデンサ回路は、第１半導体電力変換モジュールからの配線インダクタンスおよび第２半導体電力変換モジュールからの配線インダクタンスが、略等しい位置で、第３導体に接続されている。このように構成すれば、各半導体電力変換モジュールを動作させた場合にコンデンサ回路に流れるリプル電流を略均一にすることができるので、リプル電流に起因して、コンデンサ回路のコンデンサの選択の自由度が小さくなることをより抑制することができる。

この場合、好ましくは、コンデンサ回路は、第１半導体電力変換モジュールおよび第２半導体電力変換モジュールから、略等距離の位置で、第３導体に接続されている。このように構成すれば、各半導体電力変換モジュールからコンデンサ回路までの距離を略等距離にすることができるので、より簡易に各半導体電力変換モジュールとコンデンサ回路との間の配線インダクタンスを略均一にすることができる。その結果、各半導体電力変換モジュールを動作させた場合にコンデンサ回路に流れるリプル電流を略均一にすることができるので、リプル電流に起因して、コンデンサ回路のコンデンサの選択の自由度が小さくなることをより簡易に抑制することができる。

上記コンデンサ回路が各半導体電力変換モジュールから略等距離の位置で第３導体に接続されている構成において、好ましくは、コンデンサ回路は、複数のコンデンサを含み、複数のコンデンサが偶数個である場合には、複数のコンデンサは、第１半導体電力変換モジュールと第２半導体電力変換モジュールとの中央線に対して略線対称の位置で、第３導体に接続されており、複数のコンデンサが奇数個である場合には、複数のコンデンサは、中央線に対して略線対称の位置および中央線に重なる位置で、第３導体に接続されている。このように構成すれば、コンデンサ回路が複数のコンデンサを含む場合にも、第１半導体電力変換モジュールおよび第２半導体電力変換モジュールから略等距離の位置に、コンデンサ回路を容易に配置することができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、メンテナンス用開口部が設けられた筐体をさらに備え、コンデンサ回路は、メンテナンス用開口部側から取り外し可能なように、メンテナンス用開口部側に配置されている。このように構成すれば、メンテナンス用開口部側からコンデンサ回路を取り外して、コンデンサ回路を容易に交換することができる。

この場合、好ましくは、メンテナンス用開口部は、コンデンサ回路および第３導体に対して設置面に略平行な方向側に配置されており、第３導体は、設置面に略平行になるように、第１導体と第２導体とに接続されており、コンデンサ回路は、設置面に略垂直になるように、第３導体に接続されている。このように構成すれば、第３導体を第１導体および第２導体に接続したまま、コンデンサ回路を第３導体から取り外して、設置面に略平行にコンデンサ回路を引き出すことができるので、コンデンサ回路をより容易に交換することができる。

上記コンデンサ回路および第３導体がメンテナンス用開口部側に配置されている構成において、好ましくは、メンテナンス用開口部は、コンデンサ回路および第３導体に対して設置面に略平行な方向側に配置されており、第３導体は、設置面に略垂直になるように、第１導体と第２導体とに接続されており、コンデンサ回路は、設置面に略平行になるように、第３導体に接続されている。このように構成すれば、第３導体を第１導体および第２導体から取り外すことにより、第３導体とともに第３導体に接続されたコンデンサ回路を取り外して、コンデンサ回路を交換することができる。

上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、冷却体と、第１半導体電力変換モジュールおよび第２半導体電力変換モジュールと、第１導体および第２導体と、第３導体と、コンデンサ回路と、をそれぞれ含む、第１電力変換ユニットおよび第２電力変換ユニット、を備え、第１電力変換ユニットの第３導体と、第２電力変換ユニットの第３導体とは、第４導体により接続されている。このように構成すれば、単一の電力変換ユニット内だけでなく、複数の電力変換ユニット間においても、コンデンサ回路に流れるリプル電流が大きく異なる値になることを抑制することができる。その結果、複数の電力変換ユニットを接続して使用する場合にも、リプル電流に起因して、コンデンサ回路のコンデンサの選択の自由度が小さくなることを抑制することができる。

この場合、好ましくは、第１電力変換ユニットおよび第２電力変換ユニットでは、コンデンサ回路は、第１半導体電力変換モジュールおよび第２半導体電力変換モジュールから、略等距離の位置で、第３導体に接続されており、第４導体は、第１電力変換ユニットの第３導体の略中央位置と、第２電力変換ユニットの第３導体の略中央位置とを接続している。このように構成すれば、複数の電力変換ユニット間においても、各半導体電力変換モジュールを動作させた場合に各コンデンサ回路に流れるリプル電流を略均一にすることができる。その結果、複数の電力変換ユニットを接続して使用する場合に、リプル電流に起因して、コンデンサ回路のコンデンサの選択の自由度が小さくなることをより抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、コンデンサの選択の自由度が小さくなることを抑制することができる。

本発明の第１実施形態による電力変換装置を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置の電気的接続関係を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置の第３導体をＹ２方向側から見た模式図である。 比較例による電力変換装置およびこの電力変換装置の等価回路を示す図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置およびこの電力変換装置の等価回路を示す図である。 本発明の第２実施形態による電力変換装置を示す模式図である。 比較例による電力変換装置およびこの電力変換装置の等価回路を示す図である。 本発明の第２実施形態による電力変換装置およびこの電力変換装置の等価回路を示す図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例による電力変換装置を示す模式図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例による電力変換装置を示す模式図である。 本発明の第１実施形態の第３変形例による電力変換装置を示す模式図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１〜図３を参照して、第１実施形態による電力変換装置１００の構成について説明する。

（電力変換装置の構成）
電力変換装置１００は、直流電力を交流電力に変換する装置である。電力変換装置１００は、設置面としての地面に設置されている。

図１および図２に示すように、電力変換装置１００は、筐体１と、筐体１内に収容される電力変換ユニット２とを備えている。筐体１には、電力変換ユニット２のメンテナンスを行うためのメンテナンス用開口部１ａが設けられている。メンテナンス用開口部１ａには、メンテナンス用開口部１ａを開閉するための扉１ｂが設けられている。作業者は、扉１ｂを開いて、筐体１内で電力変換ユニット２のメンテナンスを行う。

電力変換ユニット２は、冷却体３と、第１半導体電力変換モジュール４と、第２半導体電力変換モジュール５と、第１導体６と、第２導体７と、第３導体８と、コンデンサ回路９とを含んでいる。

冷却体３は、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５を冷却するために設けられている。冷却体３には、空気などの冷却用流体Ｆの流通方向（Ｙ方向）に沿って延びる複数の放熱フィン（図示せず）が設けられている。冷却用流体Ｆは、ファン（図示せず）により流通される。

第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５は、共に、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体電力変換素子を含む電力変換モジュールである。第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５は、それぞれ、冷却体３の対向する両面に取り付けられている。具体的には、第１半導体電力変換モジュール４は、冷却体３のＸ２方向側の面に、端子４ａが外側（Ｘ２方向側）を向くように取り付けられている。端子４ａは、正極用の正極端子Ｐ１（図２参照）と、負極用の負極端子Ｎ１と、交流出力用の交流出力端子ＣＥ１とを含んでいる。また、第２半導体電力変換モジュール５は、冷却体３のＸ１方向側の面に、端子５ａが外側（Ｘ１方向側）を向くように取り付けられている。端子５ａは、正極用の正極端子Ｐ２（図２参照）と、負極用の負極端子Ｎ２と、交流出力用の交流出力端子ＣＥ２とを含んでいる。第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５は、それぞれの端子４ａおよび５ａが互いに反対方向を向くように、冷却体３に取り付けられている。また、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５は、冷却体３を挟んで、互いに対向する位置に配置されている。

また、第１半導体電力変換モジュール４の端子４ａおよび第２半導体電力変換モジュール５の端子５ａは、それぞれ、第１導体６および第２導体７に電気的に接続されている。第１導体６および第２導体７は、アルミや銅などの金属を含む金属基板であり、基板面が設置面（地面）に略垂直（Ｚ方向（鉛直方向）の向き）になるように、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５に電気的に接続されている。

第１導体６は、第１半導体電力変換モジュール４に対して外側（Ｘ２方向側）において、第１半導体電力変換モジュール４の端子４ａに電気的に接続されている。具体的には、第１導体６は、第１半導体電力変換モジュール４の正極端子Ｐ１が電気的に接続される正極側導体部分６ａ（図２参照）と、第１半導体電力変換モジュール４の負極端子Ｎ１が電気的に接続される負極側導体部分６ｂとを含んでいる。また、第１導体６は、金属製の正極側導体部分６ａと金属製の負極側導体部分６ｂとの間に絶縁物により形成された絶縁層を設けたラミネート構造を有している。

第２導体７は、第２半導体電力変換モジュール５に対して外側（Ｘ２方向側）において、第２半導体電力変換モジュール５の端子５ａに電気的に接続されている。具体的には、第２導体７は、第２半導体電力変換モジュール５の正極端子Ｐ２が電気的に接続される正極側導体部分７ａ（図２参照）と、第２半導体電力変換モジュール５の負極端子Ｎ２が電気的に接続される負極側導体部分７ｂとを含んでいる。また、第２導体７は、金属製の正極側導体部分７ａと金属製の負極側導体部分７ｂとの間に絶縁物により形成された絶縁層を設けたラミネート構造を有している。

電力変換装置１００では、第１導体６および第２導体７は、第１半導体電力変換モジュール４、冷却体３および第２半導体電力変換モジュール５を第１導体６側（Ｘ２方向側）からこの順に挟んで、互いに対向する位置に配置されている。

また、第１導体６および第２導体７は、第３導体８に電気的に接続されている。第３導体８は、アルミや銅などの金属を含む金属基板であり、基板面が設置面（地面）に略垂直（Ｚ方向（鉛直方向）の向き）になるように、第１導体６と第２導体７とに電気的に接続されている。また、図３に示すように、第３導体８には、冷却用流体Ｆ（図１参照）を流通させるための複数（２つ）の開口部８１が設けられている。これにより、第３導体８の基板面が冷却用流体Ｆの流通方向（Ｙ方向）と交差する場合にも、第３導体８により冷却用流体Ｆの流通が阻害されることを抑制することが可能である。

また、図１および図２に示すように、第３導体８は、第１導体６および第２導体７のメンテナンス用開口部１ａ側（Ｙ２方向側）端部において、第１導体６および第２導体７に電気的に接続されている。なお、冷却体３、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５は、第３導体８に対してメンテナンス用開口部１ａ側とは反対側（Ｙ１方向側）に配置されている。

また、第３導体８は、第１導体６の正極側導体部分６ａおよび第２導体７の正極側導体部分７ａが電気的に接続される正極側導体部分８ａ（図２参照）と、第１導体６の負極側導体部分６ｂおよび第２導体７の負極側導体部分７ｂが電気的に接続される負極側導体部分８ｂとを含んでいる。また、第３導体８は、金属製の正極側導体部分８ａと金属製の負極側導体部分８ｂとの間に絶縁物により形成された絶縁層を設けたラミネート構造を有している。電力変換装置１００では、第１導体６、第２導体７および第３導体８がラミネート構造を有することによって、配線インダクタンスが効果的に低減されている。

また、第３導体８は、ボルトなどの締結部材８ｃにより、第１導体６および第２導体７に対してメンテナンス用開口部１ａ側（Ｙ２方向側）から、第１導体６および第２導体７に取り付けられている。

ここで、第１実施形態では、第３導体８には、平滑用のコンデンサ回路９が電気的に接続されている。コンデンサ回路９は、複数（２つ）のコンデンサ９ａおよび９ｂを含んでいる。コンデンサ回路９のコンデンサ９ａ（９ｂ）は、設置面（地面）に略平行（Ｙ方向の向き）になるように、第３導体８に電気的に接続されている。また、コンデンサ９ａ（９ｂ）は、端子９ｃ（９ｄ）が設置面（地面）に略平行な方向側（Ｙ２方向側）でかつ冷却体３側とは反対側（Ｙ２方向側）を向くように、第３導体８に電気的に接続されている。

コンデンサ９ａ（９ｂ）は、正極用の正極端子ｐ１（ｐ２）と、負極用の負極端子ｎ１（ｎ２）とを有している。コンデンサ９ａの正極端子ｐ１およびコンデンサ９ｂの正極端子ｐ２は、第３導体８の正極側導体部分８ａに電気的に接続されている。また、コンデンサ９ａの負極端子ｎ１およびコンデンサ９ｂの負極端子ｎ２は、第３導体８の負極側導体部分８ｂに電気的に接続されている。

また、第１実施形態では、コンデンサ回路９は、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５から、略等距離の位置で、第３導体８に電気的に接続されている。つまり、コンデンサ回路９は、第１半導体電力変換モジュール４からコンデンサ回路９までの配線インダクタンスＬ３（図５参照）と、第２半導体電力変換モジュール５からコンデンサ回路９までの配線インダクタンスＬ４（図５参照）とが略等しくなる位置で、第３導体８に電気的に接続されている。具体的には、コンデンサ回路９の複数（２つ）のコンデンサ９ａおよび９ｂは、第１半導体電力変換モジュール４と第２半導体電力変換モジュール５との中央線１０に対して略線対称の位置で、第３導体８に電気的に接続されている。

また、第１実施形態では、第３導体８およびコンデンサ回路９は、メンテナンス用開口部１ａ側（Ｙ２方向側）から取り外し可能なように、冷却体３、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５に対してメンテナンス用開口部１ａ側（Ｙ２方向側）に配置されている。メンテナンス用開口部１ａは、第３導体８およびコンデンサ回路９に対して設置面（地面）に略平行な方向側（Ｙ２方向側）でかつ第３導体８およびコンデンサ回路９に対して冷却体３側とは反対側（Ｙ２方向側）に配置されている。また、第３導体８およびコンデンサ回路９は、メンテナンス用開口部１ａ側（Ｙ２方向側）に露出している。作業者は、メンテナンスを行う場合に、締結部材８ｃを取り外すことにより、第３導体８とともに第３導体８に接続されたコンデンサ回路９を取り外して、コンデンサ回路９のコンデンサ９ａおよび９ｂを交換することが可能である。あるいは、作業者は、メンテナンスを行う場合に、第３導体８を締結部材８ｃにより第１導体６および第２導体７に取り付けた状態で、コンデンサ回路９のコンデンサ９ａおよび９ｂだけを取り外して交換することが可能である。

次に、図４および図５を参照して、第１実施形態の電力変換装置１００の作用を説明する。まず、図４を参照して、比較例の電力変換装置１００ａにおける配線インダクタンスについて説明する。その後、図５を参照して、第１実施形態の電力変換装置１００における配線インダクタンスについて説明する。

図４に示すように、比較例の電力変換装置１００ａは、コンデンサ回路１１が第２導体７に設けられた電力変換ユニット２ａを備える点で、第１実施形態の電力変換装置１００と相違する。

比較例の電力変換装置１００ａでは、第１半導体電力変換モジュール４からコンデンサ回路１１までの距離は、第２半導体電力変換モジュール５からコンデンサ回路１１までの距離よりも大きい。このため、第１半導体電力変換モジュール４とコンデンサ回路１１との間の配線インダクタンスＬ１は、第２半導体電力変換モジュール５とコンデンサ回路１１との間の配線インダクタンスＬ２よりも大きくなる。この結果、第１半導体電力変換モジュール４を動作させた場合にコンデンサ回路１１に流れるリプル電流は、第２半導体電力変換モジュール５を動作させた場合にコンデンサ回路１１に流れるリプル電流よりも大きくなる。したがって、第１半導体電力変換モジュール４を動作させた場合にコンデンサ回路１１に流れるリプル電流（大きい方のリプル電流）に合わせて、コンデンサ回路１１のコンデンサ１１ａを選択しなければならず、コンデンサ１１ａの選択の自由度が小さくなる。

一方、図５に示すように、第１実施形態の電力変換装置１００では、第１半導体電力変換モジュール４からコンデンサ回路９までの距離は、第２半導体電力変換モジュール５からコンデンサ回路９までの距離と略同じである。このため、第１半導体電力変換モジュール４とコンデンサ回路９との間の配線インダクタンスＬ３は、第２半導体電力変換モジュール５とコンデンサ回路９との間の配線インダクタンスＬ４と略同じである。この結果、第１半導体電力変換モジュール４を動作させた場合にコンデンサ回路９に流れるリプル電流は、第２半導体電力変換モジュール５を動作させた場合にコンデンサ回路９に流れるリプル電流と略同じになる。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、平滑用のコンデンサ回路９を、第１導体６と第２導体７とを接続する第３導体８に接続する。これにより、第１半導体電力変換モジュール４からコンデンサ回路９までの距離と、第２半導体電力変換モジュール５からコンデンサ回路９までの距離とが大きく異なることを抑制することができるので、第１半導体電力変換モジュール４とコンデンサ回路９との間の配線インダクタンスと、第２半導体電力変換モジュール５とコンデンサ回路９との間の配線インダクタンスとが大きく異なることを抑制することができる。その結果、第１半導体電力変換モジュール４を動作させた場合にコンデンサ回路９に流れるリプル電流と、第２半導体電力変換モジュール５を動作させた場合にコンデンサ回路９に流れるリプル電流とが大きく異なることを抑制することができるので、リプル電流に起因して、コンデンサ回路９のコンデンサ９ａおよび９ｂの選択の自由度が小さくなることを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５を、冷却体３の対向する両面にそれぞれ取り付ける。これにより、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５を、冷却体３に容易に取り付けることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、コンデンサ回路９を、第１半導体電力変換モジュール４からの配線インダクタンスおよび第２半導体電力変換モジュール５からの配線インダクタンスが、略等しい位置で、第３導体８に接続する。これにより、各半導体電力変換モジュールを動作させた場合にコンデンサ回路９に流れるリプル電流を略均一にすることができるので、リプル電流に起因して、コンデンサ回路９のコンデンサ９ａおよび９ｂの選択の自由度が小さくなることをより抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、コンデンサ回路９を、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５から、略等距離の位置で、第３導体８に接続する。これにより、各半導体電力変換モジュールからコンデンサ回路９までの距離を略等距離にすることができるので、より簡易に各半導体電力変換モジュールとコンデンサ回路９との間の配線インダクタンスを略均一にすることができる。その結果、各半導体電力変換モジュールを動作させた場合にコンデンサ回路９に流れるリプル電流を略均一にすることができるので、リプル電流に起因して、コンデンサ回路９のコンデンサ９ａおよび９ｂの選択の自由度が小さくなることをより簡易に抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、コンデンサ回路９は、複数のコンデンサ９ａおよび９ｂを含んでいる。そして、複数のコンデンサ９ａおよび９ｂを、第１半導体電力変換モジュール４と第２半導体電力変換モジュール５との中央線に対して略線対称の位置で、第３導体８に接続する。これにより、コンデンサ回路９が複数のコンデンサ９ａおよび９ｂを含む場合にも、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５から略等距離の位置に、コンデンサ回路９を容易に配置することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、コンデンサ回路９を、メンテナンス用開口部１ａ側から取り外し可能なように、メンテナンス用開口部１ａ側に配置する。これにより、メンテナンス用開口部１ａ側からコンデンサ回路９を取り外して、コンデンサ回路９を容易に交換することができる。

ここで、図４に示す比較例の電力変換装置１００ａのように、第２導体７（あるいは、第１導体６）にコンデンサ回路１１が接続されている場合、たとえば後述する第２実施形態の電力変換装置２００のように、第２導体７（あるいは、第１導体６）の外側に他の電力変換ユニットなどの物体が近接して配置されることがあるため、第２導体７（あるいは、第１導体６）の外側に、コンデンサ回路１１を取り外すための工具を挿入する空間が無い場合がある。この場合、コンデンサ回路１１を取り外して交換するためには、電力変換ユニット２自体を取り外す必要があり、コンデンサ回路１１を交換する作業が煩雑になる。したがって、第１実施形態の電力変換装置１００のように、メンテナンス用開口部１ａ側からコンデンサ回路９を取り外して、コンデンサ回路９を容易に交換することができることは、非常に効果的である。

また、第１実施形態では、上記のように、メンテナンス用開口部１ａを、コンデンサ回路９および第３導体８に対して設置面に略平行な方向側に配置する。そして、第３導体８を、設置面に略垂直になるように、第１導体６と第２導体７とに接続する。そして、コンデンサ回路９を、設置面に略平行になるように、第３導体８に接続する。これにより、第３導体８を第１導体６および第２導体７から取り外すことにより、第３導体８とともに第３導体８に接続されたコンデンサ回路９を取り外して、コンデンサ回路９を交換することができる。

［第２実施形態］
次に、図６〜図８を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、電力変換装置に単一の電力変換ユニットが設けられた上記第１実施形態と異なり、電力変換装置に複数（２つ）の電力変換ユニットが設けられる例について説明する。なお、上記第１実施形態と同一の構成については、図中において同じ符号を付して図示し、その説明を省略する。

（電力変換装置の構成）
本発明の第２実施形態による電力変換装置２００は、図６に示すように、第１電力変換ユニット１０２ａと第２電力変換ユニット１０２ｂとの２つの電力変換ユニットを備える点で、上記第１実施形態の電力変換装置１００と相違する。電力変換装置２００では、容量を増加させるために、第１電力変換ユニット１０２ａと第２電力変換ユニット１０２ｂとの２つの電力変換ユニットを用いている。

第１電力変換ユニット１０２ａおよび第２電力変換ユニット１０２ｂは、それぞれ、冷却体３と、第１半導体電力変換モジュール４と、第２半導体電力変換モジュール５と、第１導体６と、第２導体７と、第３導体８と、コンデンサ回路９とを含んでいる。つまり、第１電力変換ユニット１０２ａおよび第２電力変換ユニット１０２ｂは、上記第１実施形態の電力変換ユニット２と実質的に同様の構成を有している。また、第１電力変換ユニット１０２ａおよび第２電力変換ユニット１０２ｂは、半導体電力変換モジュール４および５が対向する方向（Ｘ方向）に並んで配置されている。

ここで、第２実施形態では、第１電力変換ユニット１０２ａの第３導体８と、第２電力変換ユニット１０２ｂの第３導体８とは、金属製の第４導体１１２により電気的に接続されている。具体的には、第１電力変換ユニット１０２ａ（第２電力変換ユニット１０２ｂ）の第３導体８には、第３導体８のＸ方向の略中央位置に、第４導体１１２の端部をボルトなどの締結部材１１３により取り付けるための取付部１０８ｄが設けられている。第４導体１１２は、取付部１０８ｄに取り付けられることにより、第１電力変換ユニット１０２ａの第３導体８のＸ方向の略中央位置と、第２電力変換ユニット１０２ｂの第３導体８のＸ方向の略中央位置とを電気的に接続している。

次に、図７および図８を参照して、第２実施形態の電力変換装置２００の作用を説明する。まず、図７を参照して、比較例の電力変換装置２００ａにおける配線インダクタンスについて説明する。その後、図８を参照して、第２実施形態の電力変換装置２００における配線インダクタンスについて説明する。

図７に示すように、比較例の電力変換装置２００ａは、上記第１実施形態の比較例の電力変換ユニット２ａを２つ電気的に接続した構造を有している。比較例の電力変換装置２００ａでは、一の電力変換ユニット２ａの第２導体７と、他の電力変換ユニット２ａの第１導体６とが、導体１１４により電気的に接続されている。

比較例の電力変換装置２００ａでは、他の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１から見ると、４つの半導体電力変換モジュールから他の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１までの距離のうち、一の電力変換ユニット２ａの第１半導体電力変換モジュール４から他の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１までの距離が最も大きい。このため、一の電力変換ユニット２ａの第１半導体電力変換モジュール４と他の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１との間の配線インダクタンスＬ１１が最も大きくなる。この結果、２つの第１半導体電力変換モジュール４を動作させた場合に他の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１に流れるリプル電流が最も大きくなる。したがって、最も大きいリプル電流に合わせて、他の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１のコンデンサ１１ａを選択しなければならず、他の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１のコンデンサ１１ａの選択の自由度が小さくなる。

同様に、比較例の電力変換装置２００ａでは、一の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１から見ると、４つの半導体電力変換モジュールから一の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１までの距離のうち、他の電力変換ユニット２ａの第２半導体電力変換モジュール５から一の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１までの距離が最も大きい。このため、他の電力変換ユニット２ａの第２半導体電力変換モジュール５と一の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１との間の配線インダクタンスＬ１２が最も大きくなる。この結果、２つの第２半導体電力変換モジュール５を動作させた場合に一の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１に流れるリプル電流が最も大きくなる。したがって、最も大きいリプル電流に合わせて、一の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１のコンデンサ１１ａを選択しなければならず、一の電力変換ユニット２ａのコンデンサ回路１１のコンデンサ１１ａの選択の自由度が小さくなる。

一方、図８に示すように、第２実施形態の電力変換装置２００では、第１電力変換ユニット１０２ａの２つの半導体電力変換モジュールから第２電力変換ユニット１０２ｂのコンデンサ回路９までの距離と、第２電力変換ユニット１０２ｂの２つの半導体電力変換モジュールから第１電力変換ユニット１０２ａのコンデンサ回路９までの距離とは、略同じである。このため、第１電力変換ユニット１０２ａの２つの半導体電力変換モジュールと第２電力変換ユニット１０２ｂのコンデンサ回路９との間の配線インダクタンスＬ１３およびＬ１４と、第２電力変換ユニット１０２ｂの２つの半導体電力変換モジュールと第１電力変換ユニット１０２ａのコンデンサ回路９との間の配線インダクタンスＬ１５およびＬ１６とは、略同じである。この結果、２つの第１半導体電力変換モジュール４を動作させた場合に２つのコンデンサ回路９に流れるリプル電流は、２つの第２半導体電力変換モジュール５を動作させた場合に２つのコンデンサ回路９に流れるリプル電流と略同じになる。

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、電力変換装置２００は、冷却体３と、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５と、第１導体６および第２導体７と、第３導体８と、コンデンサ回路９と、をそれぞれ含む、第１電力変換ユニット１０２ａおよび第２電力変換ユニット１０２ｂ、を備える。そして、第１電力変換ユニット１０２ａの第３導体８と、第２電力変換ユニット１０２ｂの第３導体８とを、第４導体１１２により接続する。これにより、単一の電力変換ユニット内だけでなく、複数の電力変換ユニット間においても、コンデンサ回路９に流れるリプル電流が大きく異なる値になることを抑制することができる。その結果、複数の電力変換ユニットを接続して使用する場合にも、リプル電流に起因して、コンデンサ回路９のコンデンサの選択の自由度が小さくなることを抑制することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、第４導体１１２により、第１電力変換ユニット１０２ａの第３導体８の略中央位置と、第２電力変換ユニット１０２ｂの第３導体８の略中央位置とを接続する。これにより、複数の電力変換ユニット間においても、各半導体電力変換モジュールを動作させた場合に各コンデンサ回路９に流れるリプル電流を略均一にすることができる。その結果、複数の電力変換ユニットを接続して使用する場合に、リプル電流に起因して、コンデンサ回路９のコンデンサの選択の自由度が小さくなることをより抑制することができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、第３導体が、設置面（地面）に略垂直になるように、第１導体と第２導体とに接続されているとともに、コンデンサ回路が、設置面に略平行になるように、第３導体に接続されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第３導体にコンデンサ回路が接続されていれば、第３導体が第１導体と第２導体とにどのように接続されていてもよいし、コンデンサ回路が第３導体にどのように接続されていてもよい。

たとえば、図９に示す第１変形例では、第３導体２０８は、基板面が設置面（地面）に略平行（Ｙ方向またはＸ方向の向き）になるように、第１導体６と第２導体７とに電気的に接続されている。また、第３導体２０８は、ボルトなどの締結部材２０８ｃにより、第１導体６および第２導体７に対して鉛直上側（Ｚ１方向側）から、第１導体６および第２導体７に取り付けられている。また、第１変形例では、コンデンサ回路２０９は、複数（２つ）のコンデンサ２０９ａおよび２０９ｂを含んでいる。コンデンサ回路２０９のコンデンサ２０９ａ（２０９ｂ）は、設置面（地面）に略垂直（Ｚ方向の向き）になるように、第３導体２０８に電気的に接続されている。また、コンデンサ２０９ａ（２０９ｂ）は、端子２０９ｃ（２０９ｄ）が設置面（地面）に略垂直な鉛直上側（Ｚ１方向側）を向くように、第３導体２０８に電気的に接続されている。つまり、コンデンサ２０９ａ（２０９ｂ）は、鉛直下向き（Ｚ２方向の向き）になるように、第３導体２０８に電気的に接続されている。第１変形例では、上記のように構成することにより、第３導体２０８を第１導体６および第２導体７に接続したまま、コンデンサ回路２０９を第３導体２０８から取り外して、設置面に略平行にコンデンサ回路２０９を引き出すことができるので、コンデンサ回路２０９をより容易に交換することができる。

また、上記第１および第２実施形態では、コンデンサ回路が２つのコンデンサを含んでいる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、コンデンサ回路が、１つのコンデンサのみを含んでいてもよいし、３つ以上のコンデンサを含んでいてもよい。

たとえば、図１０に示す第２変形例では、コンデンサ回路３０９は、単一のコンデンサ３０９ａを含んでいる。コンデンサ回路３０９のコンデンサ３０９ａは、第１半導体電力変換モジュール４と第２半導体電力変換モジュール５との中央線１０に重なる位置で、第３導体８に電気的に接続されている。これにより、コンデンサ回路３０９は、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５から、略等距離の位置で、第３導体８に電気的に接続されている。

また、図１１に示す第３変形例では、コンデンサ回路４０９は、３つのコンデンサ４０９ａ〜４０９ｃを含んでいる。コンデンサ回路４０９のコンデンサ４０９ａおよび４０９ｂは、第１半導体電力変換モジュール４と第２半導体電力変換モジュール５との中央線１０に対して略線対称の位置で、第３導体８に電気的に接続されている。また、コンデンサ回路４０９のコンデンサ４０９ｃは、第１半導体電力変換モジュール４と第２半導体電力変換モジュール５との中央線１０に重なる位置で、第３導体８に電気的に接続されている。これらにより、コンデンサ回路４０９は、第１半導体電力変換モジュール４および第２半導体電力変換モジュール５から、略等距離の位置で、第３導体８に電気的に接続されている。

また、上記第１および第２実施形態では、コンデンサ回路が、第１半導体電力変換モジュールおよび第２半導体電力変換モジュールから、略等距離の位置で、第３導体に接続されている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第３導体にコンデンサ回路が電気的に接続されていれば、コンデンサ回路が、第１半導体電力変換モジュールおよび第２半導体電力変換モジュールから、略等距離の位置からずれた位置で、第３導体に接続されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、第１導体、第２導体および第３導体が、金属基板である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第１導体、第２導体および第３導体が、金属基板以外の導体であってもよい。

また、上記第２実施形態では、２つの電力変換ユニットが電気的に接続される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、３つ以上の電力変換ユニットが電気的に接続されてもよい。

また、上記第２実施形態では、第４導体が、第１電力変換ユニットの第３導体の略中央位置と、第２電力変換ユニットの第３導体の略中央位置とを接続する例を示したが、本発明はこれに限られない。第４導体が、第１電力変換ユニットの第３導体の略中央位置からずれた位置と、第２電力変換ユニットの第３導体の略中央位置からずれた位置とを接続してもよい。

１ａ メンテナンス用開口部
３ 冷却体
４ 第１半導体電力変換モジュール
５ 第２半導体電力変換モジュール
６ 第１導体
７ 第２導体
８、２０８ 第３導体
９、２０９、３０９、４０９ コンデンサ回路
９ａ、９ｂ、２０９ａ、２０９ｂ、３０９ａ、４０９ａ〜４０９ｃ コンデンサ
１０ 中央線
１０２ａ 第１電力変換ユニット
１０２ｂ 第２電力変換ユニット
１００、２００ 電力変換装置

Claims (10)

1. 冷却体と、
   前記冷却体にそれぞれ取り付けられた第１半導体電力変換モジュールおよび第２半導体電力変換モジュールと、
   前記第１半導体電力変換モジュールおよび前記第２半導体電力変換モジュールにそれぞれ接続された第１導体および第２導体と、
   前記第１導体と前記第２導体とを接続する第３導体と、
   前記第３導体に接続された平滑用のコンデンサ回路と、を備える、電力変換装置。
2. 前記第１半導体電力変換モジュールおよび前記第２半導体電力変換モジュールは、前記冷却体の対向する両面にそれぞれ取り付けられている、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記コンデンサ回路は、前記第１半導体電力変換モジュールからの配線インダクタンスおよび前記第２半導体電力変換モジュールからの配線インダクタンスが、略等しい位置で、前記第３導体に接続されている、請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記コンデンサ回路は、前記第１半導体電力変換モジュールおよび前記第２半導体電力変換モジュールから、略等距離の位置で、前記第３導体に接続されている、請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記コンデンサ回路は、複数のコンデンサを含み、
   前記複数のコンデンサが偶数個である場合には、前記複数のコンデンサは、前記第１半導体電力変換モジュールと前記第２半導体電力変換モジュールとの中央線に対して略線対称の位置で、前記第３導体に接続されており、
   前記複数のコンデンサが奇数個である場合には、前記複数のコンデンサは、前記中央線に対して略線対称の位置および前記中央線に重なる位置で、前記第３導体に接続されている、請求項４に記載の電力変換装置。
6. メンテナンス用開口部が設けられた筐体をさらに備え、
   前記コンデンサ回路は、前記メンテナンス用開口部側から取り外し可能なように、前記メンテナンス用開口部側に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記メンテナンス用開口部は、前記コンデンサ回路および前記第３導体に対して設置面に略平行な方向側に配置されており、
   前記第３導体は、設置面に略平行になるように、前記第１導体と前記第２導体とに接続されており、
   前記コンデンサ回路は、設置面に略垂直になるように、前記第３導体に接続されている、請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記メンテナンス用開口部は、前記コンデンサ回路および前記第３導体に対して設置面に略平行な方向側に配置されており、
   前記第３導体は、設置面に略垂直になるように、前記第１導体と前記第２導体とに接続されており、
   前記コンデンサ回路は、設置面に略平行になるように、前記第３導体に接続されている、請求項６に記載の電力変換装置。
9. 前記冷却体と、前記第１半導体電力変換モジュールおよび前記第２半導体電力変換モジュールと、前記第１導体および前記第２導体と、前記第３導体と、前記コンデンサ回路と、をそれぞれ含む、第１電力変換ユニットおよび第２電力変換ユニット、を備え、
   前記第１電力変換ユニットの前記第３導体と、前記第２電力変換ユニットの前記第３導体とは、第４導体により接続されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
10. 前記第１電力変換ユニットおよび前記第２電力変換ユニットでは、前記コンデンサ回路は、前記第１半導体電力変換モジュールおよび前記第２半導体電力変換モジュールから、略等距離の位置で、前記第３導体に接続されており、
    前記第４導体は、前記第１電力変換ユニットの前記第３導体の略中央位置と、前記第２電力変換ユニットの前記第３導体の略中央位置とを接続している、請求項９に記載の電力変換装置。

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