JP4501964B2

JP4501964B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP4501964B2
Application number: JP2007146406A
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Inventors: 和久森; 高志伊君; 岸川　　孝生; 友治迫田; 大沼　　直人; 清玄蛭田
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Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2010-07-14
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Description

本発明は、コンデンサを複数並列接続した回路を含む電力変換装置に関する。

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等の高速半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置が様々な分野で使われている。近年、半導体技術の進歩により大容量半導体モジュールが実現され、更に半導体モジュールを複数並列接続して大容量化を図られることもある。

電力変換装置において半導体モジュールを並列接続して大容量化した場合には、インバータの直流電源部分を担う平滑コンデンサも充放電電流が増大するため、複数のコンデンサを並列接続、かつ電圧によっては直列接続されることが多い。コンデンサを並列接続した場合には、各コンデンサの電流分担を均等化しないと責務の重いコンデンサで使用条件あるいは寿命が決まってしまうため、各コンデンサに流れる電流をバランスさせることが必要となる。

並列接続の電流均等化に寄与する主な要因は、コンデンサ特性の差異及び配線インダクタンスの差異である。このうち、コンデンサ特性の差異については並列素子間で特性を揃えるように選別するなどの策が講じられることが多いが、配線インダクタンスの差異は構造設計の段階で検討される。

特許文献１（特開２００１−２４５４８０号公報）の図１及び図３には、板状導体によりコンデンサが４並列／２直列接続されている場合の構造が示されている。同特許文献の図１０に示されているように、コンデンサ上方にある半導体モジュール部分の寸法とコンデンサ部分の寸法が概略同じである場合には、装置全体としては極端に大型化しない。しかし、半導体モジュールの大容量化が進み、同等の寸法でコンデンサの大容量化を図る際に、コンデンサの並列されている方向の寸法が極端に大きくなるため、装置全体としては歪な寸法となる。このため、半導体スイッチング素子までの配線長が長くなり、コンデンサ間で電流不均等が生ずる。このような電流不均等を見込んでコンデンサの定格電流または定格電圧を大きくする必要があるので、コンデンサが大きくなり装置が大型化する。

特開２００１−２４５４８０号公報

本発明が解決しようとする課題は、電力変換装置におけるコンデンサの並列接続時における電流不均等を抑制して、装置寸法を大きくすることなく電力変換装置の大容量化を図ることである。

上記の課題を解決するために、コンデンサの正極端子または負極端子が接続され、かつコンデンサ群上を覆うように、各端子が配置される平面に略平行に配置される板状部分と、第１の電力変換回路の直流側に接続され、かつ前記平面に対して垂直な部分とを有する第１の導体電極（７１２，７２２，７１４，７２４，７３１，７４１）と、同様の板状部分と、第１の導体電極の垂直部分に接続され、かつ前記平面に対して垂直な部分と、第２の電力変換回路の直流側に接続され、かつ前記平面に対して垂直な部分とを有する第２の導体電極（７１３，７２３，７１５，７２５，７３２，７４２）とを備える。

上記解決手段によれば、第１及び第２の電力変換回路共、板状部分を有する導体でコンデンサと接続されるので、配線インダクタンスが低減できる。さらに、接続端子の位置の自由度が大きく、第１及び第２の電力変換回路と平滑コンデンサ間の配線長を低減することが容易になる。これらにより、各コンデンサに流れる電流の不均等が緩和できるので、電力変換装置を大きくすることなく大容量化が図れる。

以下本発明の実施形態について図面を用いながら説明する。

まず図３に本発明が実施される電力変換装置の主回路構成を示す。図３に示すように、３相交流電源５から昇圧リアクトル６１〜６３，自己消弧スイッチング素子であるＩＧＢＴ・ＲＰ〜ＴＮで構成され交流電力を直流電力に変換する順変換回路（コンバータ回路），平滑コンデンサ１，ＩＧＢＴ・ＵＰ〜ＷＮで構成され直流電力を交流電力に変換する逆変換回路（インバータ回路）を介してモータ４に任意の交流電力を供給する。なお、図３中の各スイッチング素子及び平滑コンデンサは、電力変換装置の電力容量に応じてそれぞれ複数個並列または直並列に接続されたものから構成される。

図４に、順変換回路１相と逆変換回路１相とこれらの直流側に接続される平滑コンデンサの一部とから構成される１相分の構成を示す。

平滑コンデンサ１は、６並列接続された正極側コンデンサ１１１〜１１６及び、同じく６並列接続された負極側コンデンサ１２１〜１２６の６並列／２直列、合計１２個のコンデンサからなるコンデンサ群で構成されている。この平滑コンデンサ１に、順変換回路１相を構成する正極側スイッチング素子ＲＰ１，ＲＰ２及び負極側スイッチング素子ＲＮ１，ＲＮ２が接続されている。同様に、逆変換回路１相を構成する正極側スイッチング素子ＵＰ１，ＵＰ２及び負極側スイッチング素子ＵＮ１，ＵＮ２が接続されている。

ここでは、スイッチング素子として正極側及び負極側それぞれ２並列の場合を想定したが、変換器容量に応じた並列数にすれば良い。また、正極側と負極側とが一体化されたモジュールを用いてもよい。

図５にスイッチング素子ＲＰ１〜ＲＮ２，ＵＰ１〜ＵＮ２及びコンデンサ１１１〜１２６の配置例を示す。図５（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）はＡ−Ａ′矢視図である。スイッチング素子は放熱器３１の表面にＵＰ１〜ＵＮ２、裏面にＲＰ１〜ＲＮ２が取り付けられている。ここでは放熱器３１としては、ヒートパイプ方式を用いてファン３２で強制空冷している。コンデンサは横に３列、奥行方向に４段並べている。また、各コンデンサは正極端子と負極端子を有し、これらの端子が略同一平面に配置される。なお、放熱器３１は、その表面及び裏面すなわち半導体スイッチング素子の取り付け面がコンデンサの各端子が配置される平面に対して略垂直になるように配置される。これにより、電力変換装置全体の大きさを低減できる。

図１は、本発明の第１の実施形態である電力変換装置における、コンデンサを直並列に接続する導体の構造を示す。

図１では、７つの板状導体が４層に積層されている。ここでは導体板の層間に挟まれている絶縁板については図示していない。また、コンデンサについても一番手前の４個（１１３，１１６，１２３，１２６）のみ図示した（図５（ｃ）参照）。

図２に、導体断面方向から見た概略構造を示す。図１，図２ともに発明の実施形態を説明するためのものなので、寸法は実際とは異なる。

正側コンデンサ１１３，１１６の正極端子１１３１，１１６１は第１の正極導体７１１の正極端子７１１３，７１１６に（図１中に仮想線で結んだように）接続される。ここで、第１の正極導体７１１よりもコンデンサ側に積層されているコンデンサ中間導体７０との絶縁を確保するために、コンデンサ中間導体７０には円形の繰り抜き穴を設ける。これら繰り抜き穴を通ってから、正側コンデンサ１１３，１１６の正極端子１１３１，１１６１はそれぞれ正極導体７１１の正極端子７１１３，７１１６に接続される。

さらに、外側に配置された正側コンデンサ１１１，１１２，１１３の正極端子１１１１，１１２１，１１３１は第２の正極導体７１２の板状部分にも正極端子７１２１，７１２２，７１２３で接続される。

なお、導体の端子（７１１３，７１２３など）の詳細構造は図示していないが、パイプ状のものを挟んだり、あるいは導体の一部を繰り抜き、折り曲げるなどの構成が適用できる。なお各導体におけるコンデンサ接続用の端子は各導体の板状部分に設けられる。これら板状部分は、コンデンサ群上を覆うように、かつ各コンデンサの正極端子及び負極端子が配置される平面に略平行に配置される。このような板状部分を有することにより、導体のインダクタンスが低減される。そして、導体の板状部分に設けられるコンデンサ接続用の端子の位置はコンデンサの端子のほぼ直上であり、両者がほぼ最短距離で接続される。これにより、両端子間の配線長が短縮し、インダクタンスが低減される。

正側コンデンサの負極端子１１３２，１１６２はコンデンサ中間導体７０の端子７０１３，７０１６に接続され、負側コンデンサ１２３，１２６の正極端子１２３１，１２６１はコンデンサ中間導体７０の端子７０２３，７０２６に接続される。

負側コンデンサ１２３，１２６の負極端子１２３２，１２６２は第１の負極導体７２１の負極端子７２１３，７２１６に（図１中に仮想線で結んだように）接続される。ここで、第１の負極導体７２１よりもコンデンサ側に積層されているコンデンサ中間導体７０との絶縁を確保するために、コンデンサ中間導体７０には円形の繰り抜き穴を設ける。これら繰り抜き穴を通ってから、負側コンデンサ１２３，１２６の負極端子１２３２，１２６２はそれぞれ負極導体７２１の負極端子７２１３，７２１６に接続される。

さらに、外側に配置された負側コンデンサ１２４，１２５，１２６の負極端子１２４２，１２５２，１２６２は第２の負極導体７２２の板状部分にもそれぞれ負極端子７２２４，７２２５，７２２６で接続される。

第２の正極導体７１２には、ここでは図示していないインバータの正極に接続される導体（インバータ正極導体）と接続するための接続端子７１２ａ，７１２ｂ，７１２ｃを設けている。これらの接続端子は第２の正極導体の板状部分から略垂直に折り曲げられた部分からなる。すなわち、これらの接続端子は、第２の正極導体において、各コンデンサの正極及び負極端子が配置される平面に対して略垂直な部分である。このような接続端子により、図５における半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとの間の配線を短くできる。

また、同じくここでは図示していないコンバータの正極に接続される導体（コンバータ正極導体）は、第３の正極導体７１３の接続端子７１３ｄ，７１３ｅ，７１３ｆに接続される。第３の正極導体７１３の接続端子７１３ａ，７１３ｂ，７１３ｃはそれぞれ第２の正極導体の接続端子７１２ａ，７１２ｂ，７１２ｃに接続される。第３の正極導体７１３における接続端子７１３ａ〜ｃと接続端子７１３ｄ〜ｆとの間は板状部分で接続される。これらの接続端子は、第２の正極導体７１２と同様に、板状部分から略垂直に折り曲げられた部分からなる。ここで、インバータ正極導体との接続端子部分の構造は図６（ａ）のように、折り曲げた接続端子７１２ｃと７１３ｃとが正対するようになり、さらにインバータ正極導体の接続端子ＰＣも接続端子７１２ｃと接触させてネジ止めする構造である。

なお、図６（ａ）の接続部分では、図の左から７１３ｃ，７１２ｃ，Ｐｃの順番で接続したが、別の順番でも構わない。ただし、コンデンサ及びコンデンサ部分の積層導体を組み立ててからインバータ導体と接続する手順を取る場合には、インバータ導体の接続端子Ｐｃが図の右側（装置としては外側になる）にした方が、インバータ導体を外側から押し当てれば良いので接続作業が容易である。

第２の負極導体７２２には、ここでは図示していないコンバータの負極に接続される導体（コンバータ負極導体）と接続するための接続端子７２２ｄ，７２２ｅ，７２２ｆを設けている。これらの接続端子は第２の負極導体の板状部分から略垂直に折り曲げられた部分からなる。すなわち、これらの接続端子は、第２の負極導体において、各コンデンサの正極及び負極端子が配置される平面に対して略垂直な部分である。このような接続端子により、図５における半導体スイッチング素子と平滑コンデンサとの間の配線を短くできる。

また、図示していないインバータの負極に接続される導体（インバータ負極導体）は、第３の負極導体７２３の接続端子７２３ａ，７２３ｂ，７２３ｃに接続される。第３の負極導体７２３の接続端子７２３ｄ，７２３ｅ，７２３ｆはそれぞれ第２の負極導体の接続端子７２２ｄ，７２２ｅ，７２２ｆに接続される。第３の負極導体７２３における接続端子７２３ａ〜ｃと接続端子７２３ｄ〜ｆとの間は板状部分で接続される。これらの接続端子は、第２の負極導体７２２と同様に、板状部分から略垂直に折り曲げられた部分からなる。この接続端子部分の構造は、図６（ｂ）のように、接続端子７２２ｆと７２３ｆとを正対させたところに左側からコンバータ負極導体の接続端子Ｎｆを接続させている。

インバータ負極導体と第３の負極導体７２３との接続は、図２において、インバータ負極導体の接続端子Ｎｃが第３の負極導体７２３の接続端子７２３ｃの右側に接触するような構造である。

コンバータ正極導体と第３の正極導体７１３との接続は、図２において、コンバータ正極導体の接続端子Ｐｆが第３の正極導体７１３の接続端子７１３ｆの左側に接触するような構造である。

上述したように、インバータ正極導体及びコンデンサの正極端子が接続される第２の正極導体と、この第２の正極導体と接続されかつコンバータ正極導体と接続される第３の正極導体を備えることにより、並びにコンバータ負極導体及びコンデンサの負極端子が接続される第２の負極導体と、この第２の負極導体と接続されかつインバータ負極導体と接続される第３の負極導体を備えることにより、インバータ及びコンバータ共、比較的広い板状部分を有する導体で平滑コンデンサと接続でき、配線インダクタンスが低減できる。さらに、接続端子の位置の自由度が大きくなり、インバータ及びコンバータと平滑コンデンサ間の配線長を低減できる。これらにより、各コンデンサに流れる電流のアンバランスが緩和できる。

なお、本実施形態では、コンデンサとして電解コンデンサを適用しているが（図４参照）、フィルムコンデンサ等でも構わない。

また、コンデンサを２直列接続しており、コンデンサの個体差による分担電圧不均等を抑制するために分圧抵抗を接続しても良い。絶縁確保の問題が無ければコンデンサ端子から直接接続すれば良いし、そうでない場合は導体板の一部を引き出して折り曲げるなどして設けられる端子に接続しても良い。

図１で示したコンデンサ導体は１相分であり、これを３相分並べることで電力変換装置全体を構成する。そのときに正極及び負極はそれぞれ３相分を電気的に接続する。

第２の正極導体の相間接続端子７１２ｄと隣相の７１２ｅとを接続、第３の正極導体の相間接続端子７１３ｇと隣相の７１３ｈとを、７１３ｉと隣相の７１３ｊとを接続する。

負極側も同様に、第２の負極導体の相間接続端子７２２ｇと隣相の７２２ｈとを接続、第３の負極導体の相間接続端子７２３ｇと隣相の７２３ｈとを、７２３ｉと隣相の７２３ｊとを接続する。

これらの相間接続端子同士の接続（図示せず）は、板状導体で行うが、間隔が広い場合には、正極側と負極側とを絶縁を確保して積層することによりインダクタンスを低減することができる。

本実施形態の動作を図７及び図８を用いて説明する。図７及び図８は図２の導体断面の図に概略の電流向きを示している。

図７はコンバータ（図２のＲＰ，ＲＮ）側のスイッチング時のＰＮ一巡回路すなわち、正側コンデンサ正極から放電してコンバータ正極導体接続端子（Ｐｆのみ図示）へ電流が流れ、コンバータ負極導体接続端子（Ｎｆのみ図示）から負側コンデンサ負極に電流が戻ってくる回路における概略電流経路について示している。

正側コンデンサ１１１〜１１６（１１３，１１６のみ図示）の正極端子１１１１〜１１６１（１１３１，１１６１のみ図示）からコンバータ正極導体接続端子Ｐｄ〜Ｐｆ（Ｐｆのみ図示）への電流経路としては、外側にあるコンデンサ１１１〜１１３（１１３のみ図示）については正極端子１１１１〜１１３１（１１３１のみ図示）から第１の正極導体の正極端子７１１１〜７１１３（７１１３のみ図示）及び第２の正極導体の正極端子７１２１〜７１２３（７１２３のみ図示）を介して第２の正極導体７１２に電流が流れ込む。

また、内側にあるコンデンサ１１４〜１１６（１１６のみ図示）の正極端子１１４１〜１１６１（１１６１のみ図示）から第１の正極導体の正極端子７１１４〜７１１６（７１１６のみ図示）を介して第１の正極導体７１１に流れて、それから第２の正極導体の正極端子７１２１〜７１２３（７１２３のみ図示）を介して第２の正極導体７１２に電流が流れる。

このとき、外側コンデンサ１１１〜１１３からの電流経路に比べて、内側コンデンサ１１４〜１１６からの電流経路は長くなるが、図７中で楕円囲み部分で逆向き電流が対向しているため、配線インダクタンスが低減する。従って、外側及び内側の電流経路のインダクタス不均等は抑制され、外側コンデンサと内側コンデンサの電流分担不均等が低減される。

第２の正極導体７１２からは、接続端子７１２ａから７１３ａ、７１２ｂから７１３ｂ及び７１２ｃから７１３ｃ（このうち７１２ｃ，７１３ｃのみ図示）へと第３の正極導体７１３に電流が流れ、第３の正極導体から接続端子７１３ｄ，７１３ｅ，７１３ｆ（７１３ｆのみ図示）を介して、コンバータ正極導体の接続端子Ｐｄ，Ｐｅ，Ｐｆ（Ｐｆのみ図示）に電流が流れる。

コンバータ負極導体の接続端子Ｎｄ，Ｎｅ，Ｎｆ（Ｎｆのみ図示）からの電流は、第２の負極導体７２２の接続端子７２２ｄ，７２２ｅ，７２２ｆ（７２２ｆのみ図示）を介して第２の負極導体７２２に流れ、負極端子７２２４〜７２２６（７２２６のみ図示）を介して第１の負極導体７２１に流れる。

さらに、この電流の一部は第１の負極導体７２１から負極端子７２１１〜７２１３（７２１３のみ図示）を介して負側コンデンサ１２１〜１２３（１２３のみ図示）の負極端子１２１２，１２２２，１２３２（１２３２のみ図示）に流れる。残りの電流は第２の負極導体の負極端子７２１４〜７２１６（７２１６のみ図示）を介して外側にある負側コンデンサ１２４〜１２６の負極端子１２４２，１２５２，１２６２（１２６２のみ図示）に流れる。この場合でも図中の楕円囲み部分が逆向き電流対向部を構成するため電流分担不均等が低減される。

負側コンデンサ１２１〜１２６の各正極端子と正側コンデンサ１１１〜１１６の各負極端子とは中間導体７０によって接続されている。

図８はインバータ（図２のＵＰ，ＵＮ）側のスイッチング時のＰＮ一巡回路すなわち、正側コンデンサの正極から放電してインバータ正極導体接続端子（Ｐｃのみ図示）へ電流が流れ、インバータ負極導体接続端子（Ｎｃのみ図示）から負側コンデンサ負極に電流が戻ってくる回路における概略電流経路について示している。電流経路は図中の矢印で示しており、図７の場合と同様なので説明は省略する。

本発明の第２の実施形態について、図９〜図１２を用いて説明する。

図１０に示すように、コンデンサが６並列／２直列で三相電力変換器の平滑コンデンサ部分を構成している。

図９にコンデンサ導体の構造を示す。なお、ここで導体板間に挟まれる絶縁板は図示していない。なお、各導体における板状部分，垂直部分や繰り抜き穴などの構成は、図１の実施形態と同様である。

図９において、コンデンサは横に４列、奥行方向に３段配置されており、正側コンデンサ１１１〜１１６が右側２列に、負側コンデンサ１２１〜１２６が左側２列に配置されている。図９では一番手前側の負側コンデンサ１２６，負側コンデンサ１２３，正側コンデンサ１１６及び正側コンデンサ１１３のみ図示している。

図９において最も右側の列の正側コンデンサ１１１〜１１３の正極端子（１１３１のみ図示）は第１の正極導体７１４の正極端子７１４１〜７１４３に接続され、残りの正側コンデンサ１１４〜１１６の正極端子（１１６１のみ図示）は第２の正極導体７１５の正極端子（７１５１〜７１５３）に接続される。

正側コンデンサ１１１〜１１６の負極端子（１１３２，１１６２のみ図示）はコンデンサ中間導体７０の端子７０１１〜７０１６に接続され、負側コンデンサ１２１〜１２６の正極端子（１２３１，１２６１のみ図示）はコンデンサ中間導体７０の端子７０２１〜７０２６に接続される。

図９において最も左側の列の負側コンデンサ１２４〜１２６の負極端子（１２６２のみ図示）は第１の負極導体７２４の負極端子７２４１〜７２４３に接続され、残りの負側コンデンサ１２１〜１２３の負極端子（１２３２のみ図示）は第２の負極導体７２５の負極端子（７２５１〜７２５３）に接続される。

第１の正極導体７１４のインバータの正極（図示していないＰｕ〜Ｐｗ）への接続端子７１４ｕ〜７１４ｗと、第２の正極導体７１５のインバータの正極（図示していないＰｕ〜Ｐｗ）への接続端子７１５ｕ〜７１５ｗとでインバータの正極へと接続する。

第２の正極導体７１５にはコンバータの正極（図示していないＰｒ〜Ｐｔ）への接続端子７１５ｒ〜７１５ｔでコンバータの正極へと接続する。

第１の負極導体７２４のコンバータの負極（図示していないＮｒ〜Ｎｔ）への接続端子７２４ｒ〜７２４ｔと、第２の負極導体７２５のコンバータの負極（図示していないＮｒ〜Ｎｔ）への接続端子７２５ｒ〜７２５ｔとでコンバータの負極へと接続する。

第２の負極導体７２５にはインバータの負極（図示していないＮｕ〜Ｎｗ）への接続端子７２５ｒ〜７２５ｔでインバータの負極へと接続する。

接続端子の構造については、図６と同様であるため説明は省略する。

図１１はコンバータ（図２のＲＰ，ＲＮ）側のスイッチング時のＰＮ一巡回路すなわち、正側コンデンサの正極端子から放電してコンバータ正極導体接続端子（Ｐｔのみ図示）へ電流が流れ、コンバータ負極導体接続端子（Ｎｔのみ図示）から負側コンデンサ負極に電流が戻ってくる回路における概略電流経路について示している。

正側コンデンサ１１１〜１１６（１１３，１１６のみ図示）の正極端子１１１１〜１１６１（１１３１，１１６１のみ図示）からコンバータ正極導体接続端子Ｐｒ〜Ｐｔ（Ｐｔのみ図示）への電流経路としては、外側にあるコンデンサ１１１〜１１３（１１３のみ図示）については正極端子１１１１〜１１３１（１１３１のみ図示）から第１の正極導体７１４の正極端子７１４１〜７１４３（７１４３のみ図示）及び第１の正極導体７１４及び第２の正極導体７１５の接続端子７１４ｕ〜７１４ｗ及び７１５ｕ〜７１５ｗを介して第２の正極導体７１５に電流が流れ込む。

また、内側にあるコンデンサ１１４〜１１６（１１６のみ図示）の正極端子１１４１〜１１６１（１１６１のみ図示）から第２の正極導体７１５の正極端子７１５１〜７１５３（７１５３のみ図示）を介して第２の正極導体７１５に電流が流れる。

このとき、外側コンデンサ１１１〜１１３からの電流経路は、内側コンデンサ１１４〜１１６からの電流経路に比べて長くなるが、正側コンデンサと負側コンデンサとを接続する中間導体７０を流れる電流と逆向き電流が対向した構成になっているため、電流経路のインダクタス不均等は抑制され、電流分担不均等も低減されている。

第２の正極導体７１５からは、接続端子７１５ｒ，７１５ｓ，７１５ｔ（７１５ｔのみ図示）を介して、コンバータ正極導体の接続端子Ｐｒ，Ｐｓ，Ｐｔ（Ｐｔのみ図示）に電流が流れていく。

コンバータ負極導体の接続端子Ｎｒ，Ｎｓ，Ｎｔ（Ｎｔのみ図示）からの電流の一部は、第１の負極導体７２４の接続端子７２４ｒ，７２４ｓ，７２４ｔ（７２４ｔのみ図示）を介して第１の負極導体７２４に流れ、負極端子７２４１〜７２４３（７２４３のみ図示）を介して外側にある負側コンデンサ１２４〜１２６の負極端子１２４２，１２５２，１２６２（１２６２のみ図示）に流れる。

残りの電流は第２の負極導体７２５の接続端子７２５ｒ，７２５ｓ，７２５ｔ（７２５ｔのみ図示）を介して第２の負極導体７２５に流れ、負極端子７２５１〜７２５３（７２５３のみ図示）を介して内側にある負側コンデンサ１２１〜１２３の負極端子１２１２，１２２２，１２３２（１２３２のみ図示）に流れる。

このとき、コンバータ負極導体の接続端子（図ではＮｔ）に、第１の負極導体７２４及び第２の負極導体７２５の両方が接続されていて、内側コンデンサ（図では１２３）と外側コンデンサ（図では１２６）とに流れる電流経路の長さは概ね等しくなるために、コンデンサ電流分担の不均等が低減される。

図１２はインバータ（図２のＵＰ，ＵＮ）側のスイッチング時のＰＮ一巡回路すなわち、正側コンデンサ正極から放電してインバータ正極導体接続端子（Ｐｗのみ図示）へ電流が流れ、インバータ負極導体接続端子（Ｎｗのみ図示）から負側コンデンサ負極に電流が戻ってくる回路における概略電流経路について示している。

この場合も図１１の場合と同様のため、電流経路に関する説明は省略するが、インバータ正極端子Ｐｗへの電流が第１の正極導体７１４の接続端子（図では７１４ｗ）と第２の正極導体７１５の接続端子（図では７１５ｗ）の両方が接続されているため、外側コンデンサ（図では１１３）と内側コンデンサ（図では１１６）とから流れる電流経路の長さは概ね等しくなるために、コンデンサ電流分担の不均等が低減される。

なお、本実施形態においては、各導体ともコンデンサの端子が接続されるので、配線インダクタンスが低減されると共に、各導体がコンデンサ端子との接続部によって支持されるので、導体部の組立作業が容易になる。

本発明の第３の実施形態について、図１３〜図１９を用いて説明する。

図１３に示した例では、コンデンサは直列接続せずに６個並列接続した構成となっており、正極側はＰａ〜Ｐｆの６箇所で、負極側はＮａ〜Ｎｄの４箇所で接続する構成である。

図１４に導体構造を示す。ただし、絶縁板は表示していない。また、図１５に導体断面構造の構成を示す。

第１の正極側導体７３１は図の右端で折り返した構成となっていて、逆向き対向電流の部分を構成している。また、第１の負極側導体７４１は図の左端で折り返した構造となっていて、同様に逆向き対向電流の部分を構成している。

また、前述の実施形態と同様に第２の正極側導体７３２及び第２の負極側導体７４２もそれぞれコンデンサの正極端子及び負極端子と接続される。

図１６に図１４及び図１５において上面から見た第１の正極側導体７３１及び第２の正極側導体７３２を示す。また、図１５における矢視Ａ−Ａ′図も示す。

第１の正極側導体７３１はコンデンサ接続端子７３１１〜７３１６によりコンデンサ１０１〜１０６の正極端子１０１１〜１０６１に接続される。また、第２の正極側導体７３２はコンデンサ接続端子７３２２，７３２５により第１の正極側導体７３１に接続される。

第１の正極側導体７３１は接続端子７３１ａ〜７３１ｆによりコンバータ及びインバータの正極Ｐａ〜Ｐｆに接続される。さらに、第２の正極側導体７３２も接続端子７３２ａ〜７３２ｆによりコンバータ及びインバータの正極Ｐａ〜Ｐｆに接続される。

図１７に図１４及び図１５において上面から見た第１の負極側導体７４１及び第２の負極側導体７４２を示す。また、図１５における矢視Ｂ−Ｂ′図も示す。

第１の負極側導体７４１はコンデンサ接続端子７４１１〜７４１６によりコンデンサ１０１〜１０６の負極端子１０１２〜１０６２に接続される。また、第２の負極側導体７４２はコンデンサ接続端子７４２２，７４２５により第１の負極側導体７４１に接続される。

第１の負極側導体７４１は接続端子７４１ａ〜７４１ｄによりコンバータ及びインバータの負極Ｎａ〜Ｎｄに接続される。さらに、第２の負極側導体７４２も接続端子７４２ａ〜７４２ｄによりコンバータ及びインバータの負極Ｎａ〜Ｎｄに接続される。

図１８及び図１９に、コンバータ及びインバータのＰＮ一巡回路における電流経路を示す。図１８は、電流がコンデンサからインバータの正極Ｐａ〜Ｐｃへと放電され、インバータの負極Ｎａ，Ｎｂから戻ってくる場合の電流経路である。図中に楕円で囲んだ部分が逆向き電流が対向している部分となる。

図１９は、電流がコンデンサからコンバータの正極Ｐｄ〜Ｐｆへと放電され、コンバータの負極Ｎｃ，Ｎｄから戻ってくる場合の経路を示す。同様に図中に楕円で囲んだ部分が逆向きが電流対向している部分となる。

このような配線導体構成とすることで、並列接続コンデンサ間の電流不均等が抑制され、装置全体の小型化が図れる。

なお、ここでは電力変換器の平滑コンデンサ部分を複数のコンデンサで並列接続した場合について示したが、正極と負極とを有する電気部品、例えば、半導体モジュールや電池などに本発明を適用しても良い。

本発明の第１の実施形態における配線構造を示す。本発明の第１の実施形態における配線構造の断面模式図を示す。本発明を実施した電力変換装置の回路構成を示す。本発明の第１の実施形態を適用した回路の構成を示す。本発明の第１の実施形態を適用した電力変換装置の実装構造例を示す。本発明の第１の実施例形態における接続端子の概略構造を示す。本発明の第１の実施形態における電流経路を説明するための図を示す。本発明の第１の実施形態における電流経路を説明するための図を示す。本発明の第２の実施形態における配線構造を示す。本発明の第２の実施形態を適用した回路の構成を示す。本発明の第２の実施形態における電流経路を説明するための図を示す。本発明の第２の実施形態における電流経路を説明するための図を示す。本発明の第３の実施形態を適用した回路の構成を示す。本発明の第３の実施形態における配線構造を示す。本発明の第３の実施形態における配線構造を示す。本発明の第３の実施形態における正極側導体の構造を示す。本発明の第３の実施形態における負極側導体の構造を示す。本発明の第３の実施形態における電流経路を説明するための図を示す。本発明の第３の実施形態における電流経路を説明するための図を示す。

符号の説明

１平滑コンデンサ
４モータ
５電源
３１放熱器
３２ファン
６１〜６３リアクトル
１０１〜１０６，１１１〜１１６，１２１〜１２６コンデンサ
ＲＰ，ＳＰ，ＴＰ，ＵＰ，ＶＰ，ＷＰ，ＲＮ，ＳＮ，ＴＮ，ＵＮ，ＶＮ，ＷＮ自己消弧スイッチング素子（還流ダイオード含む）

Claims

第１及び第２の電力変換回路と、
前記第１及び第２の電力変換回路の直流側に接続され、正極端子及び負極端子を有するコンデンサを複数個並列または直並列に接続されたものからなり、前記正極端子及び前記負極端子が略同一平面に配置されるコンデンサ群と、
を備える電力変換装置において、
放熱器の一方の面に前記第１の電力変換回路が、前記放熱器の他方の面に前記第２の電力変換回路が、それぞれ取付けられているとともに、前記一方の面及び前記他方の面は、前記コンデンサ群の前記正極端子及び前記負極端子が配置される平面を第１の平面としたとき、前記第１の平面に対して略垂直になるように配置され、
前記放熱器の前記一方の面に垂直な方向を第１の方向としたとき、前記コンデンサ群の前記第１の方向の寸法が、前記放熱器に前記第１及び第２の電力変換回路を取り付けたものの前記第１の方向の寸法よりも大きく、
複数の前記正極端子及び負極端子の内の一方の端子が接続され、かつ前記コンデンサ群上を覆うように前記第１の平面に略平行に配置される板状部分と、この板状部分のうち前記放熱器に近い側に設けられ、前記第１の平面に対して垂直な部分と、を有する第１の導体電極と、
前記コンデンサ群上を覆うように前記第１の平面に略平行に配置される板状部分と、この板状部分のうち前記放熱器の前記一方の面側に設けられ、前記第１の導体電極の前記垂直な部分及び前記第１の電力変換回路の直流側の一方の端子に重ねられてこれらと一括で固定される、前記第１の平面に対して垂直な部分と、この板状部分のうち前記放熱器の前記他方の面側に設けられ、前記第２の電力変換回路の直流側の一方の端子に接続され、かつ前記第１の平面に対して垂直な部分とを有する第２の導体電極と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、前記コンデンサ群の複数の前記一方の端子が接続され、前記コンデンサ群上を覆うように前記第１の平面に略平行に配置される板状部分を有し、この板状部分と前記第１の導体電極の前記板状部分とが往復電流が流れるように対向する第３の導体電極を備えることを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、前記第２の導体電極に前記コンデンサ群の複数の前記一方の端子が接続されることを特徴とする電力変換装置。
請求項１において、前記第１の導体電極は、前記第１の導体電極の前記板状部分に続く折り曲げ部と前記折り曲げ部に続く他の板状部分を有し、前記他の板状部分は前記コンデンサ群上を覆うように前記第１の平面に略平行に配置され、前記第１の電極の前記板状部分と前記他の板状部分とが往復電流が流れるように対向することを特徴とする電力変換装置。
請求項１〜４のいずれか１項において、
複数の前記正極端子及び負極端子の内の他方の端子が接続され、かつ前記コンデンサ群上を覆うように前記第１の平面に略平行に配置される板状部分と、この板状部分のうち前記放熱器に近い側に設けられ、前記第１の平面に対して垂直な部分と、を有する第４の導体電極と、
前記コンデンサ群上を覆うように前記第１の平面に略平行に配置される板状部分と、この板状部分のうち前記放熱器の前記他方の面側に設けられ、前記第４の導体電極の前記垂直な部分及び前記第２の電力変換回路の直流側の他方の端子に重ねられてこれらと一括で固定される、前記第１の平面に対して垂直な部分と、この板状部分のうち前記放熱器の前記一方の面側に設けられ、前記第１の電力変換回路の直流側の他方の端子に接続され、かつ前記第１の平面に対して垂直な部分とを有する第５の導体電極と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
請求項１〜５のいずれか１項において、前記第１の電力変換回路，前記第２の電力変換回路及び前記コンデンサ群が、それぞれインバータ，コンバータ及び平滑コンデンサであることを特徴とする電力変換装置。