JP2020171153A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の大型化および送電ロスの増大を抑制しながら、供給可能な電力を大容量化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では、平滑コンデンサ20とインバータ部30とからなるスタック40は、インバータ部30の出力側において互いに直列に接続されるように複数設けられている。【選択図】図1

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、平滑コンデンサとインバータ部とを備える電力変換装置に関する。
従来、平滑コンデンサとインバータ部とを備える電力変換装置が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。
上記特許文献1には、直流電源部(交流電源およびコンバータ部)と、平滑部(平滑コンデンサ)と、インバータ部と、出力部と、を備えた誘導加熱用電源装置(電力変換装置)が記載されている。上記特許文献1に記載の誘導加熱用電源装置では、直流電源部は、商用の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する。また、平滑部は、直流電源部から出力される直流電力の脈流を平滑する。また、インバータ部は、平滑部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。また、出力部は、インバータ部によって変換された交流電力を加熱コイルに出力する。
上記特許文献1に記載の誘導加熱用電源装置では、インバータ部は、2つのパワー半導体素子が直列に接続されたアームを複数有するブリッジ回路を2つ含む。そして、2つのブリッジ回路は、出力部側が加熱コイルに対して並列に接続されている。これにより、加熱コイルへの電力供給が2つのブリッジ回路に分散されている。すなわち、上記特許文献1に記載の誘導加熱用電源装置では、インバータ部は、ブリッジ回路の出力側において、互いに並列に接続されるように複数(2つ)設けられている。
特開2017−118693号公報
ここで、上記特許文献1に記載のような従来の電力変換装置において、供給可能な電力を大容量化するために、互いに並列に接続されるインバータ部の並列数を増やして、供給する電流を増加させる方法が考えられる。しかしながら、電流を増加させた場合、並列したインバータ部の各々の電流が合流する部分において、電流を増加した分だけ導体を太くする必要があるので、装置が大型化する。また、抵抗(導体)において熱エネルギーとして失われる熱損失は、電流の大きさに依存するので、電流が増加した場合、送電経路におけるエネルギー損失(送電ロス)が大きくなる。このため、上記特許文献1に記載のような従来の電力変換装置において、装置の大型化および送電ロスの増大を抑制しながら、供給可能な電力を大容量化したいという要望がある。
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、装置の大型化および送電ロスの増大を抑制しながら、供給可能な電力を大容量化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、交流電圧を整流する整流回路の出力側に接続される平滑コンデンサと、複数の半導体スイッチング素子を有する半導体スイッチング素子部を含み、半導体スイッチング素子のスイッチングにより、平滑コンデンサに平滑された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ回路と、を備え、平滑コンデンサとインバータ部とからなる回路ユニットは、インバータ部の出力側において互いに直列に接続されるように複数設けられている。
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、平滑コンデンサとインバータ部とからなる回路ユニットが、インバータ部の出力側において互いに直列に接続されるように複数設けられている。これにより、接続された複数のインバータ部全体の電圧が、直列に接続された複数のインバータ部の各々の電圧の合計となるので、インバータ部に流れる電流を増加させることなく、電力変換装置から出力される電圧を大きくする(高電圧化する)ことができる。そして、インバータ部に流れる電流を増加させないので、複数のインバータ部が並列に接続された場合のように導体を太くする(装置を大型化する)必要がない。また、抵抗(導体)において熱エネルギーとして失われる熱損失は、電圧の大きさには依存しないので、インバータ部全体の電圧が大きくなった場合でも、エネルギー損失(送電ロス)が大きくならない。これらの結果、装置の大型化および送電ロスの増大を抑制しながら、供給可能な電力を大容量化することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、複数の回路ユニットは、各々、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子部との間を接続するユニット内接続部を含み、複数の回路ユニットの各々のユニット内接続部は、互いに、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子部との間のインダクタンスが略等しくなるように構成されている。ここで、半導体スイッチング素子のスイッチングが行われるインバータ部では、スイッチング素子のON/OFFの際に、サージ電圧(瞬間的に定常状態を超えて発生する大波電圧)が発生する場合がある。また、直列に接続されたインバータ部の各々において、互いに大きさが異なるサージ電圧が発生した場合、直列に接続されたインバータ部同士の間で、意図しない循環電流が流れる場合がある。すなわち、直列に接続されたインバータ部の各々において、サージ電圧が互いに等しい場合と比較して、サージ電圧に起因する装置の破損や誤動作等の装置の不具合が発生する。なお、サージ電圧は、回路に流れる電流、および、回路におけるインダクタンスに依存している。そこで、上記のように構成することによって、複数の回路ユニットの間で、互いに、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子部との間のインダクタンスが略等しくなるので、複数の回路ユニットの間で、サージ電圧の差異が大きくなるのを抑制することができる。その結果、直列に接続されたインバータ部の各々において、サージ電圧に起因する装置の不具合が発生するのを抑制することができる。
この場合、好ましくは、回路ユニットは、互いに直列に接続されるとともに第1方向に並ぶように配置された第1回路ユニットおよび第2回路ユニットを含み、第1回路ユニット内の構造および第2回路ユニット内の構造は、互いに、第1方向と直交するとともに第1回路ユニットと第2回路ユニットとの間の中央の中央面に対して略対称となるように構成されている。このように構成すれば、第1回路ユニットのユニット内接続部と、第2回路ユニットのユニット内接続部とが、互いに、略同一の形状となるので、第1回路ユニットと第2回路ユニットとの間で、互いに、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子部との間のインダクタンスが略等しくなるような構成を容易に実現することができる。また、第1回路ユニットおよび第2回路ユニットの各々において、ユニット内接続部以外の部材も、略同一の形状となるので、直列に接続された第1回路ユニットと第2回路ユニットとの間で、互いに流れる電流が、電気的にアンバランスになるのを抑制することができる。
上記第1回路ユニットおよび第2回路ユニットが互いに第1回路ユニットと第2回路ユニットとの間の中央の中央面に対して略対称となる構成において、好ましくは、第1回路ユニットおよび第2回路ユニットの各々の平滑コンデンサは、平滑コンデンサの端子が配置される端子配置面を含む略直方体形状を有し、第1回路ユニットおよび第2回路ユニットの各々の半導体スイッチング素子部は、端子配置面に交差する側面に沿うように配置されており、第1回路ユニットおよび第2回路ユニットは、第1回路ユニットの端子配置面と第2回路ユニットの端子配置面とが対向するように配置されている。このように構成すれば、第1回路ユニットおよび第2回路ユニットが、第1回路ユニットの端子配置面と第2回路ユニットの端子配置面とが対向するように配置されるので、第1回路ユニットの端子配置面に配置される平滑コンデンサの端子に接続されるユニット内接続部と、第2回路ユニットの端子配置面に配置される平滑コンデンサの端子に接続されるユニット内接続部とを、比較的近くに配置することができる。したがって、たとえば、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子部との間のインダクタンスを低減するために、第1回路ユニットおよび第2回路ユニットの各々において、ユニット内接続部における平滑コンデンサと半導体スイッチング素子部との間の距離を小さくした場合、第1回路ユニットの半導体スイッチング素子部と、第2回路ユニットの半導体スイッチング素子部とを比較的近くに配置することができる。その場合、第1回路ユニットと第2回路ユニットとの間を接続する際の接続距離が大きくなるのを抑制することができるので、平滑コンデンサと半導体スイッチング素子部との間のインダクタンスを低減するとともに、ユニット間を接続する部材におけるインダクタンスも低減することができる。また、第1回路ユニットおよび第2回路ユニットの各々において、半導体スイッチング素子部を、平滑コンデンサの端子が配置される端子配置面に交差する側面(端子配置面とは異なる面)に沿うように配置することによって、半導体スイッチング素子部が、平滑コンデンサの端子が配置される面(端子配置面)に沿って配置される場合と比較して、略直方体形状を有する平滑コンデンサの周囲の空間を、部材を配置するために効果的に用いることができる。
この場合、好ましくは、第1回路ユニットの半導体スイッチング素子部と第2回路ユニットの半導体スイッチング素子部とを接続するユニット間接続部をさらに備え、第1回路ユニットの半導体スイッチング素子部は、上記側面において、第1方向と直交する第2方向に並ぶように複数設けられており、第2回路ユニットの半導体スイッチング素子部は、第1回路ユニットの複数の半導体スイッチング素子部の各々と対応するように、上記側面において、第1方向と直交する第2方向に並ぶように複数設けられている。このように構成すれば、第1回路ユニットに設けられる複数の半導体スイッチング素子部と、第2回路ユニットに設けられる複数の半導体スイッチング素子部とが、互いに対応するように、ともに第2方向に並ぶように配置されるので、第1回路ユニットの半導体スイッチング素子部と第2回路ユニットの半導体スイッチング素子部とを接続するユニット間接続部の形状を簡素化することができる。
上記ユニット間接続部を備える構成において、好ましくは、ユニット間接続部は、切り欠きおよび貫通穴の少なくともいずれか一方を含む。このように構成すれば、回路ユニットの複数の半導体スイッチング素子部の各々からの電流経路の長さの差異を小さくするように、切り欠きおよび貫通穴の少なくともいずれか一方によって、調整することができる。その結果、回路ユニットの複数の半導体スイッチング素子部の各々から流れる電流の電気的なアンバランスが大きくなるのを抑制することができる。
上記ユニット間接続部を備える構成において、好ましくは、ユニット間接続部は、第1方向に沿うとともにユニット間接続部の第2方向における中央線に対して、略対称となる形状を有する。このように構成すれば、回路ユニットの複数の半導体スイッチング素子部の各々からの電流経路の長さが、中央線を中心として第2方向における一方側と他方側とで略等しくなるので、回路ユニットの複数の半導体スイッチング素子部の各々から流れる電流の電気的なアンバランスが大きくなるのを抑制することができる。
上記ユニット間接続部を備える構成において、好ましくは、ユニット間接続部は、第1回路ユニットの複数の半導体スイッチング素子部に対応する位置に、第2方向に沿って延びるように設けられた第1部分と、第2回路ユニットの複数の半導体スイッチング素子部に対応する位置に、第2方向に沿って延びるように設けられた第2部分と、第1部分と第2部分とを接続するように、第1方向に延びるように第1部分および第2部分とは別体で設けられた第3部分と、を含む。このように構成すれば、第3部分が、第1回路ユニットに設けられる第1部分および第2回路ユニットに第2部分とは別体で設けられるので、第1部分および第2部分を、各々、第1回路ユニットおよび第2回路ユニットに接続した各々のユニットとするとともに、第3部分を、ユニット同士を接続する接続部分として扱うことによって、装置の組み立てやメンテナンスの際の作業性を向上させることができる。
本発明によれば、上記のように、装置の大型化および送電ロスの増大を抑制しながら、供給可能な電力を大容量化することができる。
本発明の一実施形態による電力変換装置の回路図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置の構造の概略を示した斜視図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置のスタックの斜視図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置のスタックの分解斜視図(1)である。 本発明の一実施形態による電力変換装置の断面図(側面図)である。 本発明の一実施形態による電力変換装置の分解斜視図(2)である。 本発明の一実施形態による電力変換装置のスタック間の配置を説明するための正面図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置のスタック間の配置を説明するための側面図である。
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。
図1〜図8を参照して、本発明の一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100は、誘導加熱により金属の溶解を行う溶解炉に用いられる誘導加熱装置200用の電力変換装置100である。電力変換装置100は、半導体スイッチング素子31を用いて、交流電源300から交流を生成するように構成されている。
(電力変換装置の回路構成)
まず、図1を参照して、電力変換装置100の回路構成について説明する。
図1に示すように、電力変換装置100は、複数の整流回路10(整流回路10a〜10d)と、複数の平滑コンデンサ20(平滑コンデンサ20a〜20d)と、複数のインバータ部30(インバータ部30a〜30d)と、を備えている。
整流回路10は、交流電源300から入力される交流電圧を、直流電圧に変換する。整流回路10は、1つの交流電源300に対して複数(2つ)設けられている。すなわち、交流電源301(変圧器301)に対して、整流回路10aおよび整流回路10bが設けられている。また、交流電源302(変圧器302)に対して、整流回路10cおよび整流回路10dが設けられている。そして、整流回路10aのアノード側とカソード側とが、それぞれ、整流回路10cのアノード側とカソード側とに電気的に接続されている。また、整流回路10bのアノード側とカソード側とが、それぞれ、整流回路10dのアノード側とカソード側とに電気的に接続されている。
平滑コンデンサ20は、交流電圧を整流する整流回路10の出力側に接続されている。平滑コンデンサ20は、整流回路10毎に設けられている。すなわち、整流回路10a、10b、10cおよび10dの出力側に、各々、平滑コンデンサ20a、20b、20cおよび20dが接続されている。そして、平滑コンデンサ20aの正極側と負極側とが、それぞれ、平滑コンデンサ20cの正極側と負極側とに電気的に接続されている。また、平滑コンデンサ20bの正極側と負極側とが、それぞれ、平滑コンデンサ20dの正極側と負極側とに電気的に接続されている。
インバータ部30は、半導体スイッチング素子31のスイッチングにより、整流回路10に平滑された直流電圧を、交流電圧に変換する。そして、変換された交流電圧が、インバータ部30から、誘導加熱装置200の誘導加熱コイル210に出力される。また、インバータ部30は、整流回路10毎に設けられている。すなわち、整流回路10a、10b、10cおよび10dに対して、各々、インバータ部30a、30b、30cおよび30dが設けられている。
インバータ部30は、複数の半導体スイッチング素子31を有する半導体モジュール32(半導体モジュール32aおよび半導体モジュール32b)を含む。半導体モジュール32aには、半導体スイッチング素子31aおよび半導体スイッチング素子31bが収容されている。半導体モジュール32bには、半導体スイッチング素子31cおよび半導体スイッチング素子31dが収容されている。なお、半導体モジュール32は、特許請求の範囲の「半導体スイッチング素子部」の一例である。
そして、図1には図示しないが、半導体モジュール32aおよび半導体モジュール32bは、各々、複数の半導体モジュールが並列接続されており、たとえば、6並列分設けられている。また、半導体スイッチング素子31a〜31dにより、フルブリッジ回路が構成されている。また、インバータ部30a(インバータ部30c)の半導体スイッチング素子31aと半導体スイッチング素子31bとの接続点と、誘導加熱コイル210の一方端側とが電気的に接続されている。また、インバータ部30b(インバータ部30d)の半導体スイッチング素子31cと半導体スイッチング素子31dとの接続点と、誘導加熱コイル210の他方端側とが電気的に接続されている。
なお、電力変換装置100では、平滑コンデンサ20とインバータ部30とによって、スタック(回路ユニット)40が構成されている。そして、スタック40は、複数(スタック40a〜40d)設けられている。なお、スタック40aおよびスタック40cは、特許請求の範囲の「第1回路ユニット」の一例である。また、スタック40bおよびスタック40dは、特許請求の範囲の「第2回路ユニット」の一例である。
具体的には、平滑コンデンサ20aとインバータ部30aとによって、スタック40aが構成されている。また、平滑コンデンサ20bとインバータ部30bとによって、スタック40bが構成されている。また、平滑コンデンサ20cとインバータ部30cとによって、スタック40cが構成されている。また、平滑コンデンサ20dとインバータ部30dとによって、スタック40dが構成されている。
ここで、本実施形態では、平滑コンデンサ20とインバータ部30とからなるスタック40は、インバータ部30の出力側において互いに直列に接続されている。詳細には、スタック40aのインバータ部30aの出力側と、スタック40bのインバータ部30bの出力側とが直列に電気的に接続されている。また、スタック40cのインバータ部30cの出力側と、スタック40dのインバータ部30dの出力側とが直列に電気的に接続されている。
具体的には、インバータ部30aの半導体スイッチング素子31cおよび半導体スイッチング素子31dの接続点と、インバータ部30bの半導体スイッチング素子31aおよび半導体スイッチング素子31bの接続点とが電気的に接続されている。また、インバータ部30cの半導体スイッチング素子31cおよび半導体スイッチング素子31dの接続点と、インバータ部30dの半導体スイッチング素子31aおよび半導体スイッチング素子31bの接続点とが電気的に接続されている。
(電力変換装置の構造の概略)
次に、図2を参照して、電力変換装置100の構造の概略について説明する。
図2に示すように、電力変換装置100では、2つのスタック40(スタック40aおよびスタック40b)が、1つの筐体50において、上下方向(Z方向)に並ぶように配置されている。そして、スタック40aおよびスタック40bは、筐体50において、それぞれ、下側(Z2側)および上側(Z1側)に配置されている。なお、図2では図示しないが、スタック40cおよびスタック40dの配置構成は、スタック40aおよびスタック40bの配置構成と略同様である。
以下の説明では、筐体50の上下方向、左右方向および前後方向を、それぞれ、Z方向、X方向およびY方向とする。また、上方向(上側)、下方向(下側)、左側、右側、前側および後側を、それぞれ、Z1方向(Z1側)、Z2方向(Z2側)、X1側、X2側、Y1側およびY2側とする。なお、Z方向およびY方向は、それぞれ、特許請求の範囲の「第1方向」および「第2方向」の一例である。
(スタックの構造)
次に、図3〜図6を参照して、スタック40の構造について説明する。なお、図3〜図6では、スタック40として、図2で示したスタック40aの配置(方向)を用いて説明する。
図3および図4に示すように、平滑コンデンサ20は、略直方体形状を有するフィルムコンデンサからなる。そして、図4に示すように、平滑コンデンサ20は、平滑コンデンサ20の端子21が直線状に配置される端子配置面22を含む。端子配置面22は、平滑コンデンサ20のZ1側の面である。また、端子21は、正側端子21pと、負側端子21nと、を含む。正側端子21pと負側端子21nとは、端子配置面22上において、Y方向に沿って、交互に配置されている。
半導体モジュール32は、正側端子32pと、負側端子32nと、出力端子32oと、を含む。正側端子32pと、負側端子32nと、出力端子32oとは、この順で、Z1側からZ2側に向かって配置されている。
半導体モジュール32は、直線状に配置された端子21に対して線対称となる端子配置面22に交差する平滑コンデンサ20の側面23に沿うように配置されている。また、半導体モジュール32は、側面23において、Y方向に並ぶように複数設けられている。具体的には、複数の半導体モジュール32のうち、たとえば、6並列(6つ)の半導体モジュール32aが、平滑コンデンサ20のX2側の側面23aにY方向に沿って配置されている。また、図5に示すように、6並列(6つ)の半導体モジュール32bが、平滑コンデンサ20のX1側の側面23bにY方向に沿って配置されている。また、半導体モジュール32は、半導体モジュール32の表面(正側端子32pと負側端子32nと出力端子32oとが設けられる面)が、側面23に沿うように配置されている。
また、図4に示すように、半導体モジュール32は、Z方向において、端子配置面22の近傍に配置されている。具体的には、半導体モジュール32は、Z方向におる半導体モジュール32の中央Cよりも、Z1側に配置されている。これにより、半導体モジュール32の正側端子32pと、平滑コンデンサ20の正側端子21pとの距離を比較的小さくすることができる。また、半導体モジュール32の負側端子32nと、平滑コンデンサ20の負側端子21nとの距離を比較的小さくすることができる。その結果、半導体モジュール32の正側端子32pと平滑コンデンサ20の正側端子21pとの間、および、半導体モジュール32の負側端子32nと平滑コンデンサ20の負側端子21nとの間を接続するバスバー60(後述する)の低インダクタンス化を図ることができる。
また、図5に示すように、平滑コンデンサ20の端子21に対して、X2側の側面23aに配置される半導体モジュール32aの平滑コンデンサ20に対する高さ位置h1と、X1側の側面23bに配置される半導体モジュール32bの平滑コンデンサ20に対する高さ位置h2とが、略等しい。具体的には、半導体モジュール32aのZ1側の端部の高さ位置h1と、半導体モジュール32bのZ1側の端部の高さ位置h2とが、略等しい。また、6つの半導体モジュール32aの高さ位置h1が、互いに等しい。また、6つの半導体モジュール32bの高さ位置h2が、互いに等しい。
また、図3に示すように、スタック40には、平滑コンデンサ20と半導体モジュール32との間を接続するバスバー60(正側バスバー61および負側バスバー62)が設けられている。正側バスバー61は、半導体モジュール32の正側端子32pと平滑コンデンサ20の正側端子21pとに電気的に接続されている。負側バスバー62は、半導体モジュール32の負側端子32nと平滑コンデンサ20の負側端子21nとに電気的に接続されている。なお、バスバー60は、特許請求の範囲の「ユニット内接続部」の一例である。
ここで、電力変換装置100では、複数の半導体モジュール32は、複数の半導体モジュール32の各々と、平滑コンデンサ20との間のインピーダンス(各インピーダンス)が、略等しくなるように、端子配置面22に対してX2側の側面23aとX1側の側面23bとの両方に配置されている。
具体的には、図5に示すように、平滑コンデンサ20の一方側(側面23a)に配置される半導体モジュール32aの正側端子32pと、平滑コンデンサ20の端子21との間の正側バスバー61上における距離L1(図5の一点鎖線により示される距離)は、平滑コンデンサ20の他方側(側面23b)に配置される半導体モジュール32bの正側端子32pと、平滑コンデンサ20の端子21との間の正側バスバー61上における距離L2と略等しい。また、半導体モジュール32aの負側端子32nと、平滑コンデンサ20の端子21との間の負側バスバー62上における距離L11は、半導体モジュール32bの負側端子32nと、平滑コンデンサ20の端子21との間の負側バスバー62上における距離L12と略等しい。これにより、複数の半導体モジュール32の各々と、平滑コンデンサ20との間のインピーダンス(各インピーダンス)を略等しくすることができるので、半導体モジュール32と平滑コンデンサ20との間に流れる電流の安定化を図ることができる。
また、電力変換装置100では、図4に示すように、正側バスバー61および負側バスバー62は、各々、複数の半導体モジュール32に対して共通に設けられている。そして、図5に示すように、正側バスバー61および負側バスバー62は、各々、端子配置面22と、平滑コンデンサ20の両方の側面23aおよび側面23bの領域とを覆う略U字形状を有する。具体的には、平滑コンデンサ20に対して、正側バスバー61と、負側バスバー62とが、この順で積層されている。すなわち、略U字形状の負側バスバー62の内側に、略U字形状の正側バスバー61が配置されている。また、正側バスバー61と負側バスバー62とは、各々、1つの金属板が折り曲げられることにより形成されている。これにより、バスバー60が複数の金属板が接続されている場合と比較して、バスバー60の低インダクタンス化を図ることができる。
また、図6に示すように、正側バスバー61と負側バスバー62との間には、絶縁紙70が配置されている。絶縁紙70は、複数が重ねられて設けられている。すなわち、バスバー60は、導電層と絶縁層とが重ね合わされた、ラミネート構造のバスバーである。
また、図5に示すように、正側バスバー61は、X方向に沿って延びる第1部分61aと、第1部分61aのX方向の両端部から、Z2側に向かって延びる第2部分61bと、を含む。また、負側バスバー62は、X方向に沿って延びる第1部分62aと、第1部分62aのX方向の両端部から、Z2側に向かって延びる第2部分62bと、を含む。そして、正側バスバー61の第1部分61aのX方向に沿った長さL21は、負側バスバー62の第1部分62aのX方向に沿った長さL22よりも小さい。また、正側バスバー61の第2部分61bのZ方向に沿った長さL31は、負側バスバー62の第2部分62bのZ方向に沿った長さL32よりも小さい。
正側バスバー61は、半導体モジュール32aの正側端子32pと半導体モジュール32bの正側端子32pとに接続される脚部61cを有する。また、負側バスバー62は、半導体モジュール32aの負側端子32nと半導体モジュール32bの負側端子32nとに接続される脚部62cを有する。正側バスバー61の脚部61cは、半導体モジュール32の正側端子32pにネジ71により接続されている。また、負側バスバー62の脚部62cは、半導体モジュール32の負側端子32nにネジ71により接続されている。また、脚部61cおよび脚部62cは、X方向に沿うように設けられている。また、正側バスバー61の脚部61cのX方向に沿った長さL41は、負側バスバー62の脚部62cのX方向に沿った長さL42よりも小さい。
正側バスバー61の第1部分61aと、負側バスバー62の第1部分62aとの間のZ方向に沿った間隔D1は、比較的小さい。また、正側バスバー61の第2部分61bと、負側バスバー62の第2部分62bとの間のX方向に沿った間隔D2は、比較的小さい。一方、正側バスバー61の脚部61cと、負側バスバー62の脚部62cとの間のZ方向に沿った間隔D3は、比較的大きい。しかしながら、正側バスバー61の全領域のうち、負側バスバー62との間の間隔が比較的大きくなる部分が、脚部61cのみ(比較的小さい領域のみ)である。これにより、正側バスバー61と負側バスバー62とが、絶縁紙70を挟んで積層されることによる、バスバー60(正側バスバー61および負側バスバー62)の低インダクタンス化の効果に対する脚部61c(脚部62c)の影響は小さい。
また、図6に示すように、正側バスバー61には、複数の孔部61dが設けられている。また、負側バスバー62には、複数の孔部62dが設けられている。また、絶縁紙70には、複数の孔部70aが設けられている。そして、Z1側から、負側バスバー62の孔部62dと絶縁紙70の孔部70aと正側バスバー61とを介して、ネジ71が平滑コンデンサ20の正側端子21pに螺合される。これにより、正側バスバー61が平滑コンデンサ20の正側端子21pに接続される。また、Z1側から、負側バスバー62と絶縁紙70の孔部70aと正側バスバー61の孔部61dとを介して、ネジ71が平滑コンデンサ20の負側端子21nに螺合される。これにより、負側バスバー62が平滑コンデンサ20の負側端子21nに接続される。
(複数のスタック間の構成)
次に、図7および図8を参照して、電力変換装置100の複数のスタック40間の構成について説明する。
図7に示すように、本実施形態では、複数のスタック40は、各々、平滑コンデンサ20と半導体モジュール32との間を接続するバスバー60を含む。そして、バスバー60は、各々、互いに、平滑コンデンサ20と半導体モジュール32との間のインダクタンスが略等しくなるように構成されている。
詳細には、図7および図8に示すように、スタック40aのバスバー60およびスタック40bのバスバー60は、互いに、Z方向と直交するとともにスタック40aとスタック40bとの間の中央の中央面90に対して略対称となるように構成されている。すなわち、電力変換装置100では、複数のスタック40(スタック40a〜40d)内の構造(スタック40内における部材の形状、および、スタック40内における部材間の相対的な配置)が、互いに、略等しくなるように構成されている。
具体的には、図7に示すように、電力変換装置100では、スタック40aおよびスタック40bは、スタック40aの端子配置面22とスタック40bの端子配置面22とが対向するように配置されている。すなわち、スタック40aは、端子配置面22が上側(Z1側)となるように筐体50の下側(Z2側)に配置されている。また、スタック40bは、端子配置面22が下側となるように筐体50の上側に配置されている。
これに伴い、スタック40aの正側バスバー61(負側バスバー62)の第1部分61a(第1部分62a)は、スタック40aの上側(Z1側)に配置されている。また、スタック40bの正側バスバー61(負側バスバー62)の第1部分61a(第1部分62a)は、スタック40bの下側(Z2側)に配置されている。
また、スタック40aの半導体モジュール32は、側面23において、Z方向と直交するY方向に並ぶように複数設けられた状態となっている。また、スタック40bの半導体モジュール32は、スタック40aの複数の半導体モジュール32の各々と対応するように、側面23において、Z方向と直交するY方向に並ぶように複数設けられた状態となっている。
ここで、本実施形態では、図8に示すように、電力変換装置100は、スタック40aの半導体モジュール32とスタック40bの半導体モジュール32とを接続するバスバー80を備えている。なお、バスバー80は、特許請求の範囲の「ユニット間接続部」一例である。
詳細には、バスバー80は、Z方向に沿うとともにバスバー80のY方向における中央線91に対して、略対称となる形状を有する。また、バスバー80は、スタック40a側に設けられた第1部分81と、スタック40b側に設けられた第2部分82と、第1部分81と第2部分82とを接続するように設けられた第3部分83と、を含む。
具体的には、第1部分81は、スタック40aの複数の半導体モジュール32に対応する位置に、Y方向に沿って延びるように設けられている。また、第2部分82は、スタック40bの複数の半導体モジュール32に対応する位置に、Y方向に沿って延びるように設けられている。また、第3部分83は、第1部分81と第2部分82とを接続するように、Z方向に延びるように設けられている。
第1部分81、第2部分82および第3部分83は、互いに、別体で設けられており、第1部分81と第3部分83との間、および、第2部分82と第3部分83との間において、ボルトおよびナットにより締結されている。また、第3部分83は、Y方向において、第1部分81および第2部分82の略中央に配置されている。
また、本実施形態では、バスバー80は、貫通穴80aを含む。具体的には、第1部分81の略中央部、および、第2部分82の略中央部において、各々、Y方向に延びるようにスリット状に形成された貫通穴80aが設けられている。なお、貫通穴80aのY方向の長さは、第3部分83のY方向の長さよりも大きい。
(実施形態の効果)
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、上記のように、平滑コンデンサ20とインバータ部30とからなるスタック40を、インバータ部30の出力側において互いに直列に接続されるように複数設ける。これにより、接続された複数のインバータ部30全体の電圧が、直列に接続された複数のインバータ部30の各々の電圧の合計となるので、インバータ部30に流れる電流を増加させることなく、電力変換装置100から出力される電圧を大きくする(高電圧化する)ことができる。そして、インバータ部30に流れる電流を増加させないので、複数のインバータ部30が並列に接続された場合のように導体を太くする(電力変換装置100を大型化する)必要がない。また、抵抗(導体)において熱エネルギーとして失われる熱損失は、電圧の大きさには依存しないので、インバータ部30全体の電圧が大きくなった場合でも、エネルギー損失(送電ロス)が大きくならない。これらの結果、電力変換装置100の大型化および送電ロスの増大を抑制しながら、供給可能な電力を大容量化することができる。
また、本実施形態では、上記のように、複数のスタック40を、各々、平滑コンデンサ20と半導体モジュール32との間を接続するバスバー60を含むように構成する。そして、複数のスタック40の各々のバスバー60を、互いに、平滑コンデンサ20と半導体モジュール32との間のインダクタンスが略等しくなるように構成する。これにより、複数のスタック40の間で、互いに、平滑コンデンサ20と半導体モジュール32との間のインダクタンスが略等しくなるので、複数のスタック40の間で、サージ電圧の差異が大きくなるのを抑制することができる。その結果、直列に接続されたインバータ部30の各々において、サージ電圧に起因する電力変換装置100の不具合が発生するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、スタック40を、互いに直列に接続されるとともにZ方向に並ぶように配置されたスタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)を含むように構成する。そして、スタック40a(スタック40c)内の構造およびスタック40b(スタック40d)内の構造を、互いに、Z方向と直交するとともにスタック40a(スタック40c)とスタック40b(スタック40d)との間の中央の中央面90に対して略対称となるように構成する。これにより、スタック40a(スタック40c)のバスバー60と、スタック40b(スタック40d)のバスバー60とが、互いに、略同一の形状となるので、スタック40a(スタック40c)とスタック40b(スタック40d)との間で、互いに、平滑コンデンサ20と半導体モジュール32との間のインダクタンスが略等しくなるような構成を容易に実現することができる。また、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)の各々において、バスバー60以外の部材も、略同一の形状となるので、直列に接続されたスタック40a(スタック40c)とスタック40b(スタック40d)との間で、互いに流れる電流が、電気的にアンバランスになるのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)の各々の平滑コンデンサ20を、平滑コンデンサ20の端子21が配置される端子配置面22を含む略直方体形状を有するように構成する。また、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)の各々の半導体モジュール32を、端子配置面22に交差する側面23に沿うように配置する。そして、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)を、スタック40a(スタック40c)の端子配置面22とスタック40b(スタック40d)の端子配置面22とが対向するように配置する。これにより、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)が、スタック40a(スタック40c)の端子配置面22とスタック40b(スタック40d)の端子配置面22とが対向するように配置されるので、スタック40a(スタック40c)の端子配置面22に配置される平滑コンデンサ20の端子21に接続されるバスバー60と、スタック40b(スタック40d)の端子配置面22に配置される平滑コンデンサ20の端子21に接続されるバスバー60とを、比較的近くに配置することができる。したがって、平滑コンデンサ20と半導体モジュール32との間のインダクタンスを低減するために、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)の各々において、バスバー60における平滑コンデンサ20と半導体モジュール32との間の距離を小さくした場合スタック40a(スタック40c)の半導体モジュール32と、スタック40b(スタック40d)の半導体モジュール32とを比較的近くに配置することができる。その結果、スタック40a(スタック40c)とスタック40b(スタック40d)との間を接続する際の接続距離が大きくなるのを抑制することができるので、平滑コンデンサ20と半導体モジュール32との間のインダクタンスを低減するとともに、スタック40間を接続する部材(バスバー80)におけるインダクタンスも低減することができる。また、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)の各々において、半導体モジュール32を、平滑コンデンサ20の端子21が配置される端子配置面22に交差する側面23(端子配置面22とは異なる面)に沿うように配置することによって、半導体モジュール32が、平滑コンデンサ20の端子21が配置される面(端子配置面22)に沿って配置される場合と比較して、略直方体形状を有する平滑コンデンサ20の周囲の空間を、部材を配置するために効果的に用いることができる。
また、本実施形態では、上記のように、電力変換装置100を、スタック40a(スタック40c)の半導体モジュール32とスタック40b(スタック40d)の半導体モジュール32とを接続するバスバー80を備えるように構成する。そして、スタック40a(スタック40c)の半導体モジュール32を、端子配置面22に交差する側面23において、Z方向と直交するY方向に並ぶように複数設ける。また、スタック40b(スタック40d)の半導体モジュール32を、スタック40a(スタック40c)の複数の半導体モジュール32の各々と対応するように、端子配置面22に交差する側面23において、Z方向と直交するY方向に並ぶように複数設ける。これにより、スタック40a(スタック40c)に設けられる複数の半導体モジュール32と、スタック40b(スタック40d)に設けられる複数の半導体モジュール32とが、互いに対応するように、ともにY方向に並ぶように配置されるので、スタック40a(スタック40c)の半導体モジュール32とスタック40b(スタック40d)の半導体モジュール32とを接続するバスバー80の形状を簡素化することができる。
また、本実施形態では、上記のように、バスバー80を、貫通穴80aを含むように構成する。これにより、スタック40の(Y方向に並ぶように配置した)複数の半導体モジュール32の各々からの電流経路の長さの差異を小さくするように、貫通穴80aによって、調整することができる。その結果、スタック40の複数の半導体モジュール32の各々から流れる電流の電気的なアンバランスが大きくなるのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、バスバー80を、Z方向に沿うとともにバスバー80のY方向における中央線91に対して、略対称となる形状を有するように構成する。これにより、スタック40の複数の半導体スイッチング素子部の各々からの電流経路の長さが、中央線91を中心としてY方向における一方側(Y1側)と他方側(Y2側)とで略等しくなるので、スタック40の複数の半導体モジュール32の各々から流れる電流の電気的なアンバランスが大きくなるのを抑制することができる。
また、本実施形態では、上記のように、バスバー80を、第1部分81と、第2部分82と、第3部分83と、を含むように構成する。そして、第1部分81を、スタック40aの複数の半導体モジュール32に対応する位置に、Y方向に沿って延びるように設ける。また、第2部分82を、スタック40bの複数の半導体モジュール32に対応する位置に、Y方向に沿って延びるように設ける。また、第3部分83を、第1部分81と第2部分82とを接続するように、Z方向に延びるように第1部分81および第2部分82とは別体で設ける。これにより、第3部分83が、スタック40a(スタック40c)に設けられる第1部分81およびスタック40b(スタック40d)に第2部分82とは別体で設けられるので、第1部分81および第2部分82を、各々、スタック40aおよびスタック40bに接続した各々のユニットとするとともに、第3部分83を、ユニット同士を接続する接続部分として扱うことによって、電力変換装置100の組み立てやメンテナンスの際の作業性を向上させることができる。
[変形例]
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり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全ての変更(変形例)が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、バスバー80を、スタック40a(スタック40c)の複数の半導体モジュール32に対応する位置に設けられた第1部分81と、スタック40b(スタック40d)の複数の半導体モジュール32に対応する位置に設けられた第2部分82と、第1部分81と第2部分82とを接続するように、第1部分81および第2部分82とは別体で設けられた第3部分83と、を含むように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、「ユニット間接続部」を、第1部分、第2部分および第3部分が一体的に設けられた1つの部材として設けるように構成してもよい。
また、上記実施形態では、バスバー80を、貫通穴80aを含むように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、「ユニット間接続部」を、貫通穴に代えて、切り欠きを含むように構成してもよい。また、「ユニット間接続部」を、貫通穴および切り欠きの両方を含むように構成してもよい。
また、上記実施形態では、スタック40a(スタック40c)の半導体モジュール32を、Y方向に並ぶように複数設けるとともに、スタック40b(スタック40d)の半導体モジュール32を、スタック40a(スタック40c)の複数の半導体モジュール32の各々と対応するように、Y方向に並ぶように複数設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、「第1回路ユニット」の「半導体スイッチング素子部」と、「第2回路ユニット」の「半導体スイッチング素子部」とを、互いに異なる方向に並ぶように複数設けるように構成してもよい。
また、上記実施形態では、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)の各々の平滑コンデンサ20を、平滑コンデンサ20の端子21が配置される端子配置面22を含む略直方体形状を有するように構成するとともに、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)を、スタック40a(スタック40c)の端子配置面22とスタック40b(スタック40d)の端子配置面22とが対向するように配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、「第1回路ユニット」および「第2回路ユニット」を、「第1回路ユニット」の端子配置面と「第2回路ユニット」の端子配置面とが対向しないように配置してもよい。
また、上記実施形態では、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)の各々の平滑コンデンサ20を、平滑コンデンサ20の端子21が配置される端子配置面22を含む略直方体形状を有するように構成するとともに、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)の各々の半導体モジュール32を、端子配置面22に交差する側面23に沿うように配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、「第1回路ユニット」および「第2回路ユニット」の各々の「半導体スイッチング素子部」を、平滑コンデンサの端子が配置される端子配置面等の端子配置面に交差する側面以外に沿うように配置してもよい。
また、上記実施形態では、スタック40を、互いに直列に接続されるとともにZ方向に並ぶように配置された2つのスタック40(スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d))を含むように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、「回路ユニット」を、互いに直列に接続されるとともに、互いに並ぶように配置された3つ以上の「回路ユニット」を含むように構成してもよい。
たとえば、上記実施形態では、スタック40a(スタック40c)およびスタック40b(スタック40d)を、互いに、Z方向と直交するとともにスタック40a(スタック40c)とスタック40b(スタック40d)との間の中央の中央面90に対して略対称となるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、「第1回路ユニット」および「第2回路ユニット」を、互いに、「第1回路ユニット」と「第2回路ユニット」との間の中央面以外の面に対して略対称となるように構成してもよい。また、「第1回路ユニット」および「第2回路ユニット」を、互いに、非対称となるように構成してもよい。その場合、「第1回路ユニット」と「第2回路ユニット」とを、互いに、平滑コンデンサと「半導体スイッチング素子部」との間のインダクタンスが略等しくなるように構成することが望ましい。
10(10a、10b、10c、10d) 整流回路
20(20a、20b、20c、20d) 平滑コンデンサ
21 (平滑コンデンサの)端子
22 端子配置面
23 (端子配置面に交差する)側面
30(30a、30b、30c、30d) インバータ部
31(31a、31b、31c、31d) 半導体スイッチング素子
32(32a、32b) 半導体モジュール(半導体スイッチング素子部)
40 スタック(回路ユニット)
40a、40c スタック(第1回路ユニット)
40b、40d スタック(第2回路ユニット)
60 バスバー(ユニット内接続部)
80 バスバー(ユニット間接続部)
80a 貫通穴
81 (ユニット間接続部の)第1部分
82 (ユニット間接続部の)第2部分
83 (ユニット間接続部の)第3部分
90 (第1回路ユニットと第2回路ユニットとの間の中央の)中央面
91 (ユニット間接続部の第2方向における)中央線
100 電力変換装置

Claims (8)

  1. 交流電圧を整流する整流回路の出力側に接続される平滑コンデンサと、
    複数の半導体スイッチング素子を有する半導体スイッチング素子部を含み、前記半導体スイッチング素子のスイッチングにより、前記平滑コンデンサに平滑された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部と、
    を備え、
    前記平滑コンデンサと前記インバータ部とからなる回路ユニットは、前記インバータ部の出力側において互いに直列に接続されるように複数設けられている、電力変換装置。
  2. 前記複数の回路ユニットは、各々、前記平滑コンデンサと前記半導体スイッチング素子部との間を接続するユニット内接続部を含み、
    前記複数の回路ユニットの各々の前記ユニット内接続部は、互いに、前記平滑コンデンサと前記半導体スイッチング素子部との間のインダクタンスが略等しくなるように構成されている、請求項1に記載の電力変換装置。
  3. 前記回路ユニットは、互いに直列に接続されるとともに第1方向に並ぶように配置された第1回路ユニットおよび第2回路ユニットを含み、
    前記第1回路ユニット内の構造および前記第2回路ユニット内の構造は、互いに、前記第1方向と直交するとともに前記第1回路ユニットと前記第2回路ユニットとの間の中央の中央面に対して略対称となるように構成されている、請求項2に記載の電力変換装置。
  4. 前記第1回路ユニットおよび前記第2回路ユニットの各々の前記平滑コンデンサは、前記平滑コンデンサの端子が配置される端子配置面を含む略直方体形状を有し、
    前記第1回路ユニットおよび前記第2回路ユニットの各々の前記半導体スイッチング素子部は、前記端子配置面に交差する側面に沿うように配置されており、
    前記第1回路ユニットおよび前記第2回路ユニットは、前記第1回路ユニットの前記端子配置面と前記第2回路ユニットの前記端子配置面とが対向するように配置されている、請求項3に記載の電力変換装置。
  5. 前記第1回路ユニットの前記半導体スイッチング素子部と前記第2回路ユニットの前記半導体スイッチング素子部とを接続するユニット間接続部をさらに備え、
    前記第1回路ユニットの前記半導体スイッチング素子部は、前記側面において、前記第1方向と直交する第2方向に並ぶように複数設けられており、
    前記第2回路ユニットの前記半導体スイッチング素子部は、前記第1回路ユニットの前記複数の半導体スイッチング素子部の各々と対応するように、前記側面において、前記第1方向と直交する前記第2方向に並ぶように複数設けられている、請求項4に記載の電力変換装置。
  6. 前記ユニット間接続部は、切り欠きおよび貫通穴の少なくともいずれか一方を含む、請求項5に記載の電力変換装置。
  7. 前記ユニット間接続部は、前記第1方向に沿うとともに前記ユニット間接続部の前記第2方向における中央線に対して、略対称となる形状を有する、請求項5または6に記載の電力変換装置。
  8. 前記ユニット間接続部は、前記第1回路ユニットの前記複数の半導体スイッチング素子部に対応する位置に、前記第2方向に沿って延びるように設けられた第1部分と、前記第2回路ユニットの前記複数の半導体スイッチング素子部に対応する位置に、前記第2方向に沿って延びるように設けられた第2部分と、前記第1部分と前記第2部分とを接続するように、前記第1方向に延びるように前記第1部分および前記第2部分とは別体で設けられた第3部分と、を含む、請求項5〜7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112994413A (zh) * 2021-03-24 2021-06-18 深圳市英威腾电气股份有限公司 自然散热变频器
JP7028359B1 (ja) 2021-10-01 2022-03-02 富士電機株式会社 電力変換装置
WO2022130983A1 (ja) * 2020-12-15 2022-06-23 三菱電機株式会社 電力変換装置およびエレベータ制御盤
EP4050978A1 (en) * 2021-02-25 2022-08-31 Fuji Electric Co., Ltd. Power converter

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002119069A (ja) * 2000-10-04 2002-04-19 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2017099140A (ja) * 2015-11-24 2017-06-01 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置
JP2018042337A (ja) * 2016-09-06 2018-03-15 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP2018133864A (ja) * 2017-02-14 2018-08-23 株式会社明電舎 単相インバータの出力側接続構造
JP2019013058A (ja) * 2017-06-29 2019-01-24 株式会社明電舎 インバータ装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002119069A (ja) * 2000-10-04 2002-04-19 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
JP2017099140A (ja) * 2015-11-24 2017-06-01 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置
JP2018042337A (ja) * 2016-09-06 2018-03-15 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP2018133864A (ja) * 2017-02-14 2018-08-23 株式会社明電舎 単相インバータの出力側接続構造
JP2019013058A (ja) * 2017-06-29 2019-01-24 株式会社明電舎 インバータ装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022130983A1 (ja) * 2020-12-15 2022-06-23 三菱電機株式会社 電力変換装置およびエレベータ制御盤
EP4050978A1 (en) * 2021-02-25 2022-08-31 Fuji Electric Co., Ltd. Power converter
CN112994413A (zh) * 2021-03-24 2021-06-18 深圳市英威腾电气股份有限公司 自然散热变频器
JP7028359B1 (ja) 2021-10-01 2022-03-02 富士電機株式会社 電力変換装置
JP2023053810A (ja) * 2021-10-01 2023-04-13 富士電機株式会社 電力変換装置
JP7363939B2 (ja) 2021-10-01 2023-10-18 富士電機株式会社 電力変換装置

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