JP2020171154A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】大型化するのを抑制しながら、電流の流れのアンバランスを低減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、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る正側バスバー５０と、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る負側バスバー６０とを備える。そして、複数の半導体モジュール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、側面２３において端子配置面２２の近傍に配置されている。【選択図】図２

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、複数の半導体スイッチング素子部を備える電力変換装置に関する。
従来、複数のスイッチングモジュール（半導体スイッチング素子部）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では、２つの素子を内部に収容するスイッチングモジュール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、複数（６個）のスイッチングモジュールが設けられている。また、この電力変換装置には、複数の電解コンデンサが設けられている。また、この電力変換装置には、複数のスイッチングモジュールと、複数の電解コンデンサとを接続する平板状のバスバーが設けられている。バスバーは、バスバーの表面に垂直な方向から見て、略Ｔ字形状を有する。略Ｔ字形状のバスバーは、横方向に沿った第１直線部と、第１直線部から分岐する縦方向に沿った第２直線部とを含む。そして、複数の電解コンデンサの端子は、第１直線部に接続されている。また、複数のスイッチングモジュールは、第２直線部に接続されている。
また、上記特許文献１には明確には記載されていないが、電解コンデンサは、略円筒形状を有すると考えられる。また、電解コンデンサは、平板形状のバスバーの表面に対して垂直な方向に延びるように、平板形状のバスバーに接続されている。また、スイッチングモジュールは、略長方形形状（略平板形状）を有する。そして、複数のスイッチングモジュールは、略平板形状のスイッチングモジュールが、平板形状のバスバーの表面に沿った方向に沿うように、配置されている。つまり、複数のスイッチングモジュールは、略円筒形状の電解コンデンサの側面に直交する方向に沿うように配置されている。
特開２００４−１３５４４４号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載の電力変換装置では、複数のスイッチングモジュールは、略円筒形状の電解コンデンサの側面に直交する方向に沿うように配置されているため、バスバーの表面に垂直な方向から見て、電力変換装置の大きさ（電解コンデンサと複数のスイッチングモジュールとが配置される領域）が比較的大きくなるという問題点がある。また、複数の電解コンデンサの端子は、第１直線部に接続されており、複数（６個）のスイッチングモジュールは、第２直線部に接続されている。このため、第２直線部の電解コンデンサに近い側に配置されているスイッチングモジュールと、第２直線部の電解コンデンサに遠い側に配置されているスイッチングモジュールとでは、電解コンデンサまでの電流の流れる経路の長さが異なるため、複数のスイッチングモジュールの間において、電流の流れがアンバランスになるという問題点があると考えられる。
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、大型化するのを抑制しながら、電流の流れのアンバランスを低減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、平滑コンデンサの端子が直線状に配置される端子配置面と、複数の半導体スイッチング素子部を含み、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電力変換部と、半導体スイッチング素子部の正側端子と平滑コンデンサの正側端子とに電気的に接続される正側バスバーと、半導体スイッチング素子部の負側端子と平滑コンデンサの負側端子とに電気的に接続される負側バスバーとを備え、複数の半導体スイッチング素子部は、直線状に配置された端子に対して線対称となる端子配置面に交差する平滑コンデンサの側面に沿うように、側面において端子配置面の近傍に配置されている。
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、複数の半導体スイッチング素子部は、直線状に配置された端子に対して線対称となる端子配置面に交差する平滑コンデンサの側面に沿うように、側面において端子配置面の近傍に配置されている。これにより、複数の半導体スイッチング素子部が平滑コンデンサの側面に沿うように配置されているので、端子配置面に垂直な方向から見て、平滑コンデンサおよび複数の半導体スイッチング素子部が配置される領域を比較的小さくすることができる。その結果、電力変換装置が大型化するのを抑制することができる。また、直線状に配置された端子に対して線対称となる平滑コンデンサの側面に沿うように半導体スイッチング素子部が配置されるので、線対称となる側面の一方側に配置される半導体スイッチング素子部と平滑コンデンサの端子との間の電流が流れる経路の長さ（距離）と、線対称となる側面の他方側に配置される半導体スイッチング素子部と平滑コンデンサの端子との間の電流が流れる経路の長さとを容易に同じにすることができる。これらによって、大型化するのを抑制しながら、電流の流れのアンバランスを低減することができる。
また、複数の半導体スイッチング素子部は、平滑コンデンサの側面において端子配置面の近傍に配置されているので、複数の半導体スイッチング素子部と平滑コンデンサとの間の距離が比較的小さくなる。また、半導体スイッチング素子部の端子と平滑コンデンサの端子とは、導線などと比較してインダクタンスの小さいバスバー（正側バスバーおよび負側バスバー）により接続されている。これらにより、複数の半導体スイッチング素子部と平滑コンデンサとの間のインダクタンスを低減することができる。これにより、スイッチングの際に発生するサージ電圧を低減することができる。また、サージ電圧を低減するためのスナバコンデンサを設ける必要がない程度まで、サージ電圧が低減されれば、スナバコンデンサを設けることに起因する正側バスバーおよび負側バスバーの構成の複雑化を抑制することができる。これにより、正側バスバーおよび負側バスバーなど部品の交換を容易に行うことができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、複数の半導体スイッチング素子部は、複数の半導体スイッチング素子部の各々と平滑コンデンサとの間のインピーダンスが、略等しくなるように、端子配置面に対して一方側と他方側との両方の側面に配置されている。このように構成すれば、複数の半導体スイッチング素子部の各々において発生するサージ電圧の大きさのアンバランスを低減することができる。
この場合、好ましくは、平滑コンデンサの正側端子の一方側に配置される一方側半導体スイッチング素子部の正側端子と、平滑コンデンサの端子との間の正側バスバー上における距離は、平滑コンデンサの正側端子の他方側に配置される他方側半導体スイッチング素子部の正側端子と、平滑コンデンサの端子との間の正側バスバー上における距離と略等しく、一方側半導体スイッチング素子部の負側端子と、平滑コンデンサの端子との間の負側バスバー上における距離は、他方側半導体スイッチング素子部の負側端子と、平滑コンデンサの端子との間の負側バスバー上における距離と略等しい。このように構成すれば、上記の距離を略等しくするだけで、容易に、複数の半導体スイッチング素子部の各々と平滑コンデンサとの間のインピーダンスを略等しくすることができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、正側バスバーおよび負側バスバーは、各々、複数の半導体スイッチング素子部に対して共通に設けられているとともに、端子配置面と、平滑コンデンサの両方の側面の領域とを覆う略Ｕ字形状を有する。このように構成すれば、略Ｕ字形状の正側バスバーと略Ｕ字形状の負側バスバーとが対向する部分が比較的大きくなるので、インダクタンスをより低減することができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、平滑コンデンサの端子に対して、一方側の側面に配置される半導体スイッチング素子部の平滑コンデンサに対する高さ位置と、他方側の側面に配置される半導体スイッチング素子部の、平滑コンデンサに対する高さ位置とは、略等しい。このように構成すれば、複数の半導体スイッチング素子部の各々と平滑コンデンサの端子との間の距離（電流が流れる経路の距離）を容易に略等しくすることができる。
上記一の局面による電力変換装置において、好ましくは、正側バスバーと負側バスバーとのうちの少なくとも一方の表面に設けられ、冷却水が流通する冷却パイプ部をさらに備える。このように構成すれば、正側バスバーと負側バスバーとのうちの少なくとも一方に大電流が流れることに起因して、正側バスバーと負側バスバーとのうちの少なくとも一方の発熱量が大きくなった場合でも、冷却水が流通する冷却パイプ部により、正側バスバーと負側バスバーとのうちの少なくとも一方からの放熱を効果的に行うことができる。
本発明によれば、上記のように、大型化するのを抑制しながら、電流の流れのアンバランスを低減することができる。
一実施形態による電力変換装置の回路図である。 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。 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。 一実施形態による電力変換装置のスタックの断面図（側面図）である。 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（２）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。
［本実施形態］
図１〜図５を参照して、本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。なお、電力変換装置１００は、たとえば、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２００から交流を生成するように構成されている。また、交流電源２００は、複数（たとえば、２つ）設けられている。
（電力変換装置の回路構成）
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。電力変換装置１００は、複数の整流回路１０（整流回路１０ａ〜１０ｄ）を備えている。整流回路１０は、交流電源２００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２００に対して複数設けられている。
また、電力変換装置１００は、複数の平滑コンデンサ２０（平滑コンデンサ２０ａ〜２０ｄ）を備えている。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。図１には、図示しないが、平滑コンデンサ２０は、複数のコンデンサが直列接続または並列接続されて構成される場合もある。
電力変換装置１００は、複数のインバータ部３０（インバータ部３０ａ〜３０ｄ）を備えている。インバータ部３０は、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、誘導加熱コイル２１０に出力される。また、この例では、インバータ部３０は、整流回路１０毎に設けられているが、１つの整流回路１０および１つの平滑コンデンサ２０に対して、複数のインバータ部３０が接続されていてもよい。なお、インバータ部３０（インバータ部３０ａ〜３０ｄ）は、特許請求の範囲の「電力変換部」の一例である。
また、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。また、スタック４０は、複数（スタック４０ａ〜４０ｄ）設けられている。
また、インバータ部３０は、複数の半導体スイッチング素子３１（半導体スイッチング素子３１ａ〜３１ｄ）を含む。なお、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は、１つの半導体モジュール３２（半導体モジュール３２ａ）に収容されている。また、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は、１つの半導体モジュール３２（半導体モジュール３２ｂ）に収容されている。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、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。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。また、半導体モジュール３２ａおよび半導体モジュール３２ｂは、それぞれ、特許請求の範囲の「一方側半導体スイッチング素子部」および「他方側半導体スイッチング素子部」の一例である。
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。
また、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。
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。
また、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。つまり、スタック４０ａとスタック４０ｂとが直列に電気的に接続される。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。つまり、スタック４０ｃとスタック４０ｄとが直列に接続される。これにより、電力変換装置１００の出力電圧を大きくすることが可能になる。
（スタックの具体的な構造）
次に、図２〜図５を参照して、スタック４０の具体的な構造について説明する。
図２および図３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３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方向側の面である。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、Ｘ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方向側からＺ２方向側に向かって配置されている。
ここで、本実施形態では、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において端子配置面２２の近傍に配置されている。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Ｙ１方向側の側面２３ａにＸ方向に沿って配置されている。また、図４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Ｙ２方向側の側面２３ｂにＸ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３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。たとえば、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方向側に配置されている。
平滑コンデンサ２０の側面２３には、金属板などからなる冷却板２４が配置されている。そして、半導体モジュール３２は、冷却板２４の表面上に配置されている。また、図４に示すように、冷却板２４の平滑コンデンサ２０側の表面には、冷却水が流通する冷却パイプ部２５が設けられている。冷却パイプ部２５を流通する冷却水によって、冷却板２４を介して、半導体モジュール３２が冷却される。
また、本実施形態では、図４に示すように、平滑コンデンサ２０の端子２１に対して、一方側の側面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、他方側の側面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とは、略等しい。具体的には、半導体モジュール３２ａのＺ１方向側の端部の高さ位置ｈ１と、半導体モジュール３２ｂのＺ１方向側の端部の高さ位置ｈ２とは、略等しい。また、６つの半導体モジュール３２ａの高さ位置ｈ１は、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は、互いに等しい。
また、図３に示すように、スタック４０には、正側バスバー５０が設けられている。正側バスバー５０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る。スタック４０には、負側バスバー６０が設けられている。負側バスバー６０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る。なお、「バスバー」とは、大容量の電流を流す導体であり、銅などにより構成されている。
ここで、本実施形態では、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に対して一方側の側面２３ａと他方側の側面２３ｂとの両方に配置されている。
具体的には、本実施形態では、図４に示すように、平滑コンデンサ２０の端子２１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５０上における距離Ｌ１（図４の一点鎖線により示される距離）は、平滑コンデンサ２０の端子２１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５０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６０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６０上における距離Ｌ１２と略等しい。詳細には、半導体モジュール３２ａの正側端子３２ｐと、平滑コンデンサ２０の正側端子２１ｐとの間の正側バスバー５０上における距離Ｌ１は、半導体モジュール３２ｂの正側端子３２ｐと、平滑コンデンサ２０の正側端子２１ｐとの間の正側バスバー５０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の負側端子２１ｎとの間の負側バスバー６０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の負側端子２１ｎとの間の負側バスバー６０上における距離Ｌ１２と略等しい。なお、「正側バスバー５０上における距離」とは、正側バスバー５０上における、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との最短距離を意味する。「負側バスバー６０上における距離」の意味も、同様である。
また、本実施形態では、図３に示すように、正側バスバー５０および負側バスバー６０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４に示すように、正側バスバー５０および負側バスバー６０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５０と負側バスバー６０とがこの順で積層されている。つまり、略Ｕ字形状の負側バスバー６０の内側に、略Ｕ字形状の正側バスバー５０が配置されている。また、正側バスバー５０と負側バスバー６０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。
また、図５に示すように、正側バスバー５０と負側バスバー６０との間には、絶縁紙７０が配置されている。絶縁紙７０は、複数設けられている。
また、図４に示すように、正側バスバー５０は、Ｙ方向に沿って延びる第１部分５１と、第１部分５１のＹ方向の両端部から、Ｚ２方向側に向かって延びる第２部分５２とを含む。また、負側バスバー６０は、Ｙ方向に沿って延びる第１部分６１と、第１部分６１のＹ方向の両端部から、Ｚ２方向側に向かって延びる第２部分６２とを含む。そして、正側バスバー５０の第１部分５１のＹ方向に沿った長さＬ２１は、負側バスバー６０の第１部分６１のＹ方向に沿った長さＬ２２よりも小さい。また、正側バスバー５０の第２部分５２のＺ方向に沿った長さＬ３１は、負側バスバー６０の第２部分６２のＺ方向に沿った長さＬ３２よりも小さい。
正側バスバー５０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５３を有する。また、負側バスバー６０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６３を有する。正側バスバー５０の脚部５３は、半導体モジュール３２の正側端子３２ｐにネジ８０により接続されている。また、負側バスバー６０の脚部６３は、半導体モジュール３２の負側端子３２ｎにネジ８０により接続されている。また、脚部５３および脚部６３は、Ｙ方向に沿うように設けられている。また、正側バスバー５０の脚部５３のＹ方向に沿った長さＬ４１は、負側バスバー６０の脚部６３のＹ方向に沿った長さＬ４２よりも小さい。
正側バスバー５０の第１部分５１と、負側バスバー６０の第１部分６１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５０の第２部分５２と、負側バスバー６０の第２部分６２との間のＹ方向に沿った間隔Ｄ２は、比較的小さい。一方、正側バスバー５０の脚部５３と、負側バスバー６０の脚部６３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５０の全領域のうち、負側バスバー６０との間の間隔が比較的大きくなる部分が、脚部５３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５０と負側バスバー６０とが積層されることによる、正側バスバー５０および負側バスバー６０の低インダクタンス化の効果に対する脚部５３（脚部６３）の影響は小さい。
また、図５に示すように、正側バスバー５０には、複数の孔部５４が設けられている。また、負側バスバー６０には、複数の孔部６４が設けられている。また、絶縁紙７０には、複数の孔部７１が設けられている。そして、Ｚ１方向側から、負側バスバー６０の孔部６４と絶縁紙７０の孔部７１と正側バスバー５０とを介して、ネジ８０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５０が平滑コンデンサ２０の正側端子２１ｐに接続される。また、Ｚ１方向側から、負側バスバー６０と絶縁紙７０の孔部７１と正側バスバー５０の孔部５４とを介して、ネジ８０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６０が平滑コンデンサ２０の負側端子２１ｎに接続される。
また、本実施形態では、正側バスバー５０と負側バスバー６０とのうちの少なくとも一方（本実施形態では、両方）の表面には、冷却水が流通する冷却パイプ部８１が設けられている。正側バスバー５０には、略Ｕ字形状の正側バスバー５０の第２部分５２の内側に、冷却パイプ部８１ｐが設けられている。また、負側バスバー６０には、略Ｕ字形状の負側バスバー６０の第２部分５２の外側に、冷却パイプ部８１ｎが設けられている。冷却パイプ部８１ｐ（冷却パイプ部８１ｎ）は、正側バスバー５０の第２部分５２（負側バスバー６０の第２部分５２）に対して、略環状に設けられている。
上記のように、半導体モジュール３２を平滑コンデンサ２０の側面２３において端子配置面２２の近傍に配置すること、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を略等しくすること、正側バスバー５０と負側バスバー６０とを積層することなどによって、複数の半導体モジュール３２の各々と平滑コンデンサ２０との間のインダクタンスが、約１０ｎＨ以下に抑えられている。これにより、サージ電圧を低減するためのスナバコンデンサを設ける必要がない。
［本実施形態の効果］
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、複数の半導体モジュール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、側面２３において端子配置面２２の近傍に配置されている。これにより、複数の半導体モジュール３２が平滑コンデンサ２０の側面２３に沿うように配置されているので、端子配置面２２に垂直な方向から見て、平滑コンデンサ２０および複数の半導体モジュール３２が配置される領域を比較的小さくすることができる。その結果、電力変換装置１００が大型化するのを抑制することができる。また、直線状に配置された端子２１に対して線対称となる平滑コンデンサ２０の側面２３に沿うように半導体モジュール３２が配置されるので、線対称となる側面２３の一方側に配置される半導体モジュール３２と平滑コンデンサ２０の端子２１との間の電流が流れる経路の長さ（距離）と、線対称となる側面２３の他方側に配置される半導体モジュール３２と平滑コンデンサ２０の端子２１との間の電流が流れる経路の長さとを容易に同じにすることができる。これらによって、大型化するのを抑制しながら、電流の流れのアンバランスを低減することができる。
また、複数の半導体モジュール３２は、平滑コンデンサ２０の側面２３において端子配置面２２の近傍に配置されているので、複数の半導体モジュール３２と平滑コンデンサ２０との間の距離が比較的小さくなる。また、半導体モジュール３２の端子（正側端子３２ｐ、負側端子３２ｎ）と平滑コンデンサ２０の端子２１とは、導線などと比較してインダクタンスの小さいバスバー（正側バスバー５０および負側バスバー６０）により接続されている。これらにより、複数の半導体モジュール３２と平滑コンデンサ２０との間のインダクタンスを低減することができる。これにより、スイッチングの際に発生するサージ電圧を低減することができる。また、サージ電圧を低減するためのスナバコンデンサを設ける必要がない程度まで、サージ電圧が低減されれば、スナバコンデンサを設けることに起因する正側バスバー５０および負側バスバー６０の構成の複雑化を抑制することができる。これにより、正側バスバー５０および負側バスバー６０など部品の交換を容易に行うことができる。
また、本実施形態では、上記のように、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が、略等しくなるように、端子配置面２２に対して一方側と他方側との両方の側面２３に配置されている。これにより、複数の半導体モジュール３２の各々において発生するサージ電圧の大きさのアンバランスを低減することができる。
また、本実施形態では、上記のように、平滑コンデンサ２０の正側端子２１ｐの一方側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５０上における距離Ｌ１は、平滑コンデンサ２０の正側端子２１ｐの他方側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５０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６０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６０上における距離Ｌ１２と略等しい。これにより、上記の距離を略等しくするだけで、容易に、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を略等しくすることができる。
また、本実施形態では、上記のように、正側バスバー５０および負側バスバー６０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とともに、端子配置面２２と、平滑コンデンサ２０の両方の側面２３の領域とを覆う略Ｕ字形状を有する。これにより、略Ｕ字形状の正側バスバー５０と略Ｕ字形状の負側バスバー６０とが対向する部分が比較的大きくなるので、インダクタンスをより低減することができる。
また、本実施形態では、上記のように、平滑コンデンサ２０の端子２１に対して、一方側の側面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、他方側の側面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とは、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の端子２１との間の距離（電流が流れる経路の距離）を容易に略等しくすることができる。
また、本実施形態では、上記のように、正側バスバー５０と負側バスバー６０とのうちの少なくとも一方の表面に、冷却水が流通する冷却パイプ部８１を設ける。これにより、正側バスバー５０と負側バスバー６０とのうちの少なくとも一方に大電流が流れることに起因して、正側バスバー５０と負側バスバー６０とのうちの少なくとも一方の発熱量が大きくなった場合でも、冷却水が流通する冷却パイプ部８１により、正側バスバー５０と負側バスバー６０とのうちの少なくとも一方からの放熱を効果的に行うことができる。
[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、上記実施形態では、複数の半導体モジュールの各々と平滑コンデンサとの間の距離が略等しくされることにより、複数の半導体モジュールの各々と平滑コンデンサとの間のインピーダンスが略等しくなる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数の半導体モジュールの各々と平滑コンデンサとの間のバスバーの断面積などを調整することにより、複数の半導体モジュールの各々と平滑コンデンサとの間のインピーダンスを略等しくしてもよい。
また、上記実施形態では、正側バスバーおよび負側バスバーは、各々、複数（１２個）の半導体モジュールに対して共通に設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、正側バスバーおよび負側バスバーが、分割されていてもよい。
また、上記実施形態では、正側バスバーおよび負側バスバーは、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例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、正側バスバーおよび負側バスバーが、各々、金属板が接合させることにより形成されていてもよい。
また、上記実施形態では、半導体モジュール（半導体モジュール３２ａ、および、半導体モジュール３２ｂ）が、６並列分設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、半導体モジュールが６並列分以外の数分、設けられていてもよい。
また、上記実施形態では、２つのスイッチング素子が１つの半導体モジュールに収容されている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、２つ以外の数のスイッチング素子が１つの半導体モジュールに収容されていてもよい。
また、上記実施形態では、一方側の側面に配置される半導体モジュールの高さ位置と、他方側の側面に配置される半導体モジュールの高さ位置とが略等しい例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、一方側の側面に配置される半導体モジュールの高さ位置と、他方側の側面に配置される半導体モジュールの高さ位置とが略等しくなくても、複数の半導体モジュールの各々と平滑コンデンサとの間のインピーダンスが略等しいのであれば、複数の半導体モジュールの高さ位置を揃える必要はない。
また、上記実施形態では、正側バスバーと負側バスバーと両方に冷却パイプ部が設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、正側バスバーと負側バスバーとのうちの一方に冷却パイプ部が設けられていてもよい。
１０、１０ａ〜１０ｄ 整流回路
２０、２０ａ〜２０ｄ 平滑コンデンサ
２１ 端子
２１ｐ 正側端子
２１ｎ 負側端子
２２ 端子配置面
２３、２３ａ、２３ｂ 側面
３０、３０ａ〜３０ｄ インバータ部（電力変換部）
３２ 半導体モジュール（半導体スイッチング素子部）
３２ａ 半導体モジュール（一方側半導体スイッチング素子部）
３２ｂ 半導体モジュール（他方側半導体スイッチング素子部）
３２ｐ 正側端子
３２ｎ 負側端子
５０ 正側バスバー
６０ 負側バスバー
８１、８１ｐ、８１ｎ 冷却パイプ部
１００ 電力変換装置
ｈ１、ｈ２ 高さ位置

Claims (6)

  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、
    前記平滑コンデンサの端子が直線状に配置される端子配置面と、
    複数の半導体スイッチング素子部を含み、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電力変換部と、
    前記半導体スイッチング素子部の正側端子と前記平滑コンデンサの正側端子とに電気的に接続される正側バスバーと、
    前記半導体スイッチング素子部の負側端子と前記平滑コンデンサの負側端子とに電気的に接続される負側バスバーとを備え、
    前記複数の半導体スイッチング素子部は、前記直線状に配置された端子に対して線対称となる前記端子配置面に交差する前記平滑コンデンサの側面に沿うように、前記側面において前記端子配置面の近傍に配置されている、電力変換装置。
  2. 前記複数の半導体スイッチング素子部は、前記複数の半導体スイッチング素子部の各々と前記平滑コンデンサとの間のインピーダンスが、略等しくなるように、前記端子配置面に対して一方側と他方側との両方の前記側面に配置されている、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記平滑コンデンサの正側端子の一方側に配置される一方側半導体スイッチング素子部の正側端子と、前記平滑コンデンサの端子との間の前記正側バスバー上における距離は、前記平滑コンデンサの正側端子の他方側に配置される他方側半導体スイッチング素子部の正側端子と、前記平滑コンデンサの端子との間の前記正側バスバー上における距離と略等しく、
    前記一方側半導体スイッチング素子部の負側端子と、前記平滑コンデンサの端子との間の前記負側バスバー上における距離は、前記他方側半導体スイッチング素子部の負側端子と、前記平滑コンデンサの端子との間の前記負側バスバー上における距離と略等しい、請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 前記正側バスバーおよび前記負側バスバーは、各々、前記複数の半導体スイッチング素子部に対して共通に設けられているとともに、前記端子配置面と、前記平滑コンデンサの両方の前記側面の領域とを覆う略Ｕ字形状を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  5. 前記平滑コンデンサの端子に対して、一方側の前記側面に配置される前記半導体スイッチング素子部の前記平滑コンデンサに対する高さ位置と、他方側の前記側面に配置される前記半導体スイッチング素子部の、前記平滑コンデンサに対する高さ位置とは、略等しい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  6. 前記正側バスバーと前記負側バスバーとのうちの少なくとも一方の表面に設けられ、冷却水が流通する冷却パイプ部をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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