JP5420122B2

JP5420122B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP5420122B2
Application number: JP2013537349A
Authority: JP
Inventors: 博憲小屋野; 孝雅中村; 光治山本; 淳一伊東; 喜也大沼
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Nagaoka University of Technology
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Nagaoka University of Technology
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: EP2765700A1; EP2765700A4; CN103858329A; WO2013051476A1; JPWO2013051476A1; US20140247635A1; EP2765700B1; CN103858329B; US9369055B2

Description

本発明は、商用周波数の交流電力を任意の交流電力に直接変換する電力変換装置に関するものである。

装置を構成する部品点数が少なく、装置の小型化が可能で、交流電力を交流電力に直接かつ高効率に変換する電力変換装置としてマトリックスコンバータが知られている（特許文献１）。

特開２００６−３３３５９０号公報

しかしながら、上記従来のマトリックスコンバータでは、複数のＩＧＢＴを直列状に配置し、各ＩＧＢＴへの入力線をそれぞれ接続しているためフィルタコンデンサを均等距離に配置し難いという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、フィルタコンデンサを均等距離にレイアウトできる電力変換装置を提供することである。

本発明は、複数対のスイッチング手段の入力端子を並べ、対をなす入力端子が外側になり、対をなす出力端子が内側になるように配置し、入力線を一方のスイッチング手段から引き込み、他方のスイッチング手段まで延在させることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、多相入力線が複数対のスイッチング手段に沿って並ぶので、各相間に接続されるコンデンサを均等距離に配置することができる。

本発明の一実施の形態を適用した電力変換システムを示す電気回路図である。本発明の一実施の形態に係る電力変換装置を示す平面図、左右側面図、正面図及び背面図である。図２の電力変換装置のＩＧＢＴ、フィルタコンデンサ及びバスバーのレイアウトを示す平面図である。図２の電力変換装置部分を示す平面図、側面図、正面図及び背面図である。図２の電力変換装置部分を簡略的に示す平面図及び正面図である。

《電力変換システム１の概要》
最初に本発明の一実施の形態を適用した電力変換システムの概要について図１を参照して説明する。本例の電力変換システム１は、三相交流電源２から供給される三相交流電力を本発明の一実施の形態に係る電力変換装置３により単相交流電力に直接変換し、これをトランス４により適宜の電圧に昇圧又は降圧させたのち、整流器５により直流電力に変換して二次電池６を充電するシステムである。なお、７は平滑回路である。

本例の電力変換システム１において、三相交流電源２から三相交流電力が供給される出力線（Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相で示す）の各相には、ノイズ対策として高調波を減衰させるフィルタ回路８が設けられている。本例のフィルタ回路８は、各相Ｒ，Ｓ，Ｔに接続された３つのフィルタリアクトル８１と、各相Ｒ，Ｓ，Ｔの間に接続された６つのフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒとを備える。フィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒ（図２，４においてはフィルタコンデンサ８２１〜８３６で示す）のレイアウトについては後述する。

本例の電力変換システム１において、フィルタ回路８を経由して三相交流電力が電力変換装置３に供給され、単相交流電力に変換される。本例の電力変換装置３は、Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相に対応してマトリックス状に配列された６つの双方向スイッチング素子３１（３１１〜３１６）を備える。以下、一つの双方向スイッチング素子を総称する場合は符号３１を用いて説明する一方、図１に示すように６つの双方向スイッチング素子のうちの特定の素子を示す場合は３１１〜３１６を用いて説明する。

本例の双方向スイッチング素子３１のそれぞれは、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴを還流ダイオードと組み合わせて逆並列に接続したＩＧＢＴモジュールで構成されている。なお、一つの双方向スイッチング素子３１の構成は、図示するものに限定されず、これ以外にもたとえば逆阻止型ＩＧＢＴの２素子を逆並列に接続した構成であってもよい。

双方向スイッチング素子３１のそれぞれには、当該双方向スイッチング素子３１のＯＮ／ＯＦＦ動作にともない発生するサージ電圧から当該双方向スイッチング素子３１を保護するために、双方向スイッチング素子３１の入力側及び出力側に１つのスナバコンデンサ３２７（同図の右下の回路図参照）と３つのダイオードを組み合わせたスナバ回路３２（３２１〜３２６）が設けられている。以下、一つのスナバ回路を総称する場合は符号３２を用い、図１に示すように６つのスナバ回路のうち特定のスナバ回路を示す場合は３２１〜３２６を用いる。

本例の電力変換システム１は、電力変換装置３の双方向スイッチング素子３１のそれぞれをＯＮ／ＯＦＦ制御するためにマトリックスコンバータ制御回路９を備える。マトリックスコンバータ制御回路９は、三相交流電源２から供給される電圧値、現在出力中の直流電流値及び目標電流指令値を入力し、これらに基づいて双方向スイッチング素子３１のそれぞれのゲート信号を制御し、トランス４へ出力する単相交流電力を調整することで、目標と一致する直流電力を得る。

トランス４は、電力変換装置３で変換された単相交流電力の電圧を所定値に昇圧又は降圧する。整流器５は４つの整流ダイオード５１〜５４を備え、調圧された単相交流電力を直流電力に変換する。また、平滑回路７はコイル７１とコンデンサ７２とを備え、整流された直流電流に含まれる脈流をより直流に近い状態に平滑化する。

以上のように構成された本例の電力変換システム１により、三相交流電源２から供給される三相交流電力は、電力変換装置３により単相交流電力に直接変換され、適宜の電圧に調圧されたのち直流電力に変換される。これにより二次電池６が充電される。なお、上述した電力変換システム１は、本発明に係る電力変換装置３を適用した一例であり、本発明は当該電力変換システム１への適用にのみ限定されることはない。すなわち、変換元又は変換先の少なくとも一方の電力が多相交流電力であれば、他の電力変換システムにも適用することができる。

《電力変換装置３の部品配置》
次に、図１の電力変換装置３を構成する部品の配置構成について、図２〜図５を参照して説明する。なお、図１と同じ部品には同一の符号を付すことで互いの対応関係を示すものとする。また、図２〜図３には、本例の電力変換装置３以外の整流器５及び平滑回路７も示すが、図１のトランス４は図外に設けられる。

図３は、ヒートシンク１０の上面に６つの双方向スイッチング素子３１（その一つをＩＧＢＴモジュールともいう。）を実装し、これに各双方向スイッチング素子３１の端子を接続するバスバーを実装した組付け途中の状態を示す平面図、図２は、これにスナバ回路３２を構成する３つのダイオードとフィルタ回路８の６つのフィルタコンデンサ８２を実装した組付け状態を示す平面図、左右側面図、正面図及び背面図である。本例の電力変換装置３を構成する部品が平面視において互いに重なり合っているため、以下の説明では要部を別図（図４，５）に示し、これを参照することもある。

本例の双方向スイッチング素子３１は、図３，５に示すようにモジュールパッケージの上面に双方向スイッチング素子３１の入力側端子と、出力側端子と、対をなす２つのＩＧＢＴの中間点端子とが設けられている。図３，５に示す６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のうちの左側の３つの双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の左端の端子が入力端子（図３ではバスバー３３３，３３４，３３５により隠れている）、右端の端子が出力端子、中央の端子が中間点端子である。また、図３，５に示す６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のうちの右側の３つの双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の右端の端子が入力端子（図３ではバスバー３３３，３３４，３３５により隠れている）、左端の端子が出力端子、中央の端子が中間点端子である。なお、双方向スイッチング素子３１のゲート端子はモジュールパッケージの他の部分に設けられている。

図２，３，５に示すように、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６は、ヒートシンク１０の上面にボルトなどの固定手段により固定されている。これら６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６は、同図に示すように、対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６がそれぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置されている。換言すれば、一つの双方向スイッチング素子３１の３つの端子（入力端子，中間点端子，出力端子）の延在方向に沿って対をなす２つの双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６がそれぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置されている。以下この配列を、「中心線ＣＬ又は出力端子を結ぶ出力線Ｐ，Ｎに対して並列に配置」されているともいう。なお、対をなす双方向スイッチング素子とは、入力線の同じ相Ｒ，Ｓ，Ｔに接続された一対の双方向スイッチング素子をいう。

このように、対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６がそれぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置することにより、出力線Ｐ，Ｎ（バスバー３３１ａ，３３２ａ）を一方向へ最短距離で引き出すことができるレイアウトになる。高周波交流電力が出力される配線長が長いとＬ成分の影響を受け易いので、本例の配置によればＬ成分の影響を抑制することができる。すなわち、トランス４に至るまで少なくとも直線に近い出力線を含む出力線Ｐ，Ｎとなる。

また、上述したとおり中心線ＣＬより左側の双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の右端の端子は全て出力端子であり、左端の端子は全て入力端子である。逆に、中心線ＣＬより右側の双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の左端の端子は全て出力端子であり、右端の端子は全て入力端子である。

そして、中心線ＣＬより左側の双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の左端の入力端子には、バスバー３３３，３３４，３３５によって三相交流電源２の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔが中心線ＣＬに向かって接続される一方で、中心線ＣＬより右側の双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の右端の入力端子には、これらバスバー３３３，３３４，３３５がさらに延在して構成された入力線Ｒ，Ｓ，Ｔが接続されている。すなわち、双方向スイッチング素子３１１，３１２の入力端子にはＲ相、双方向スイッチング素子３１３，３１４の入力端子にはＳ相、双方向スイッチング素子３１５，３１６の入力端子にはＴ相がそれぞれ接続されている。左右の一方から入力線Ｒ，Ｓ，Ｔであるバスバー３３３，３３４，３３５を引き込み、これを左右の他方へ延在させることで、ヒートシンク１０の左右方向の距離を短くすることができるとともに、後述するフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを均等に配置することができ、レイアウトが簡素化されて省スペースに貢献する。

また、入力線Ｒを構成するバスバー３３３は、中心線ＣＬの左右に配置された対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２の入力端子間を接続し、入力線Ｓを構成するバスバー３３４は、双方向スイッチング素子３１３と３１４の入力端子間を接続し、入力線Ｔを構成するバスバー３３５は、双方向スイッチング素子３１５と３１６の入力端子間を接続することになる。図１の等価回路にもこれらバスバー３３３，３３４，３３５に相当する配線を同じ符号で示す。なお、電力変換装置３の機能上、これらバスバー３３３〜３３５による接続構造は必須ではない。

中心線ＣＬの左右に配置された対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２，双方向スイッチング素子３１３と３１４，双方向スイッチング素子３２５と３１６を、これらバスバー３３３，３３４，３３５でそれぞれ接続することにより、各相間に設けられたフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを互いに共用できる。すなわち、図の左側のＲ相とＳ相との間にはフィルタコンデンサ８２１が設けられ、右側のＲ相とＳ相との間にはフィルタコンデンサ８２４が設けられているが、Ｒ相が入力される双方向スイッチング素子３１１，３１２の入力端子はバスバー３３３で接続されている。したがって、三相交流電源２のＲ相のノイズは、２つのフィルタコンデンサ８２１，８２４が協働してフィルタリングすることになるので、一つのフィルタコンデンサを小容量化でき、結果的にフィルタコンデンサを小型化できることになる。Ｓ相及びＴ相についても同様のことが言える。

これらバスバー３３３〜３３５は、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２と平面視において交差することになるが、図２，５の正面図に示すように出力線Ｐ，Ｎのバスバー３３１，３３２が入力端子間を接続するバスバー３３３〜３３５より高い位置に設定されることで、両者が立体交差して干渉しないように構成されている。

なお図１において、三相交流電源２から電力変換装置３に至る入力線Ｒ，Ｓ，Ｔはフィルタリアクトル８１とフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒとの間で分岐するよう構成したが、フィルタリアクトル８１の上流側で分岐させ、分岐後の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔのそれぞれにフィルタリアクトル８１を設けてもよい。

また、中心線ＣＬより左側の双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の右端の出力端子には、電力変換装置３の出力線Ｐを構成する１本のバスバー３３１ａが接続される一方で、中心線ＣＬより右側の双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の左端の出力端子には、電力変換装置３の出力線Ｎを構成する１本のバスバー３３２ａが接続されている。これらのバスバー３３１ａ，３３２ａの先端側がトランス４に接続される。なお、これらのバスバー３３１ａ，３３２ａを含めて、以下のバスバーは銅などの導電性に優れた導体により構成されている。

電力変換装置３の出力線Ｐ，Ｎを構成する一対のバスバー３３１ａ，３３２ａは、後述するバスバー３３１ｂ，３３２ｂに対して相対的に幅広状とされ、図２の平面図及び正面図に示すようにヒートシンク１０の主面に対して直立して並んで配置されている。これらバスバー３３１ａ，３３２ａの幅寸法は定格電流により定められるが、幅広状に形成することにより、高周波電流の表皮効果によって大電流を流すことができる。また、幅広状に形成して直立に配置することで、左側の双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５と右側の双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６との距離を短くすることができ、電力変換装置３を左右方向に小さくできる。

これに対して、電力変換装置３の出力線Ｐ，Ｎを構成する一対のバスバー３３１ｂ，３３２ｂは、バスバー３３１ａ，３３２ａの先端に接続固定され、図２の平面図及び正面図に示すようにヒートシンク１０の主面に対して水平方向に並んで配置されている。また、これらバスバー３３１ｂ，３３２ｂは、バスバー３３１ａ，３３２ａに対して相対的に幅狭に形成されているが、図２の正面図に示すように、一つのバスバー３３１ｂ，３３２ｂはそれぞれ、複数枚（本例では２枚）のバスバーが所定間隔をおいて積層するように配置されている。バスバー３３１ａ，３３２ａに対して相対的に幅狭に形成するため、一枚で構成すると表皮効果によって高周波電流の電流密度が大きくなるが、複数枚で構成することでバスバー３３１ａ，３３２ａと同等の高周波電流を流すことができる。なお、バスバー３３１ｂ，３３２ｂを水平方向に並んで配置することで、図２の平面図に示すように右端にトランス４に対する接続端子を同じ姿勢で配列させることができる。

本例において、フィルタ回路８は６つのフィルタコンデンサ８２１〜８２６を含み、図２，４，５に示すように中心線ＣＬの左側と右側の入力線にそれぞれ３個ずつ配置されている。左側のフィルタコンデンサ８２１は、双方向スイッチング素子３１１の入力端子に対応したＲ相とＳ相との間に設けられている。同様に、左側のフィルタコンデンサ８２２は、双方向スイッチング素子３１３の入力端子に対応したＳ相とＴ相との間に設けられ、左側のフィルタコンデンサ８２３は、双方向スイッチング素子３１５の入力端子に対応したＴ相とＲ相との間に設けられている。また、右側のフィルタコンデンサ８２４は、双方向スイッチング素子３１２の入力端子に対応したＲ相とＳ相との間に設けられ、右側のフィルタコンデンサ８２５は、双方向スイッチング素子３１４の入力端子に対応したＳ相とＴ相との間に設けられ、右側のフィルタコンデンサ８２６は、双方向スイッチング素子３１６の入力端子に対応したＴ相とＲ相との間に設けられている。

このように中心線ＣＬの左右に３つずつ配置された６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６に対して、中心線ＣＬの左右に３個ずつ６個のフィルタコンデンサ８２１〜８２６をそれぞれ対応するように配置することで、フィルタコンデンサ８２１〜８２６と双方向スイッチング素子３１１〜３１６とのそれぞれの接続配線の取り廻し距離を短くすることができる。

本例において、左右それぞれ３個ずつのフィルタコンデンサ８２１〜８２６は、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６が設けられた領域よりも中心線ＣＬに対して外側に配置されている。具体的には、図２，４，５に示すようにバスバー３３３，３３４，３３５の上部に固定されている。フィルタコンデンサ８２１〜８２６を双方向スイッチング素子３１１〜３１６より外側に配置することにより、左右の双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの左右方向の間隔を最短にできるため、ヒートシンク１０の左右方向の距離を最短距離に設定でき、その結果、６つのフィルタコンデンサを中央に配列した場合に比べてヒートシンク１０を小型化することができる。

次に、中心線ＣＬの左右にそれぞれ３個ずつ設けられたフィルタコンデンサ８２１〜８２６の実装状態を、図２〜４の実機の平面図等側面図に基づいて説明する。

その前にバスバーの接続構成について再度説明すると、図３に示すように、バスバー３３１ａは、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の出力端子を接続し、バスバー３３１ｂを介してトランス４に至る出力線Ｐであり、バスバー３３２ａは、双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の出力端子を接続し、バスバー３３２ｂを介してトランス４に至る出力線Ｎである。

バスバー３３３は、入力線Ｒ相が接続されて、双方向スイッチング素子３１１と３１２の入力端子を接続するバスバーであり、両入力端子より左右外側に延在し、ここにフィルタコンデンサ８２１，８２３，８２４，８２６が直接接続されている。同様に、バスバー３３４は、入力線Ｓ相が接続されて、双方向スイッチング素子３１３と３１４の入力端子を接続するバスバーであり、両入力端子より左右外側に延在し、ここにフィルタコンデンサ８２１，８２２，８２４，８２５が直接接続されている。バスバー３３５は、入力線Ｔ相が接続されて、双方向スイッチング素子３１５と３１６の入力端子を接続するバスバーであり、両入力端子より左右外側に延在し、ここにフィルタコンデンサ８２２，８２３，８２５，８２６が直接接続されている。このようにフィルタコンデンサ８２１〜８２６をバスバー３３３〜３３５に直接接続するので、接続構造が簡素化される。

左右それぞれに配置された３つずつのフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒは、図２，４，５に示すように、中心線ＣＬに対して外側に配置され、かつ一つの頂点が外方向に向かう三角形（二等辺三角形又は正三角形がより好ましい）の各頂点にフィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３の中心が位置するように配置されている。３つのフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを三角形の各頂点に配置することで、各コンデンサ間の配線長を最短距離に設定することができ、電力変換装置３の小型化を図ることができ、またコンデンサ間の同調をとることができる。また、一つの頂点が外方向に向かう配置とすることで、一つの頂点が内方向に向かう配列に比べて各コンデンサに接続する配線のバランスが向上するとともに各バスバー３３３，３３４，３３５までの距離も短くなる。さらに、各フィルタコンデンサ８２１〜８２６をバスバーの上面、換言すればバスバーに対して双方向スイッチング素子３１１〜３１６とは反対側にフィルタコンデンサ８２１〜８２６を配置することで、フィルタコンデンサ８２１〜８２６のレイアウトの設計自由度が大きくなる。

次に、図１に示す一つのスナバ回路３２を構成する３つのダイオードと１つのスナバコンデンサ３２７の実装例を説明する。図１に示すように、たとえば双方向スイッチング素子３１１のスナバ回路３２１は、一つの端子が双方向スイッチング素子３１１の入力端子に接続され、他の一つの端子が双方向スイッチング素子３１１の中間点端子に接続され、さらに他の端子が双方向スイッチング素子３１１の出力端子にそれぞれ接続される。このため、３つのダイオードは、図２に示すように、各双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの中間点端子に接続された導体からなるブラケット３５１〜３５６にそれぞれ固定及び接続されている。

また本例では、スナバコンデンサ３２７に比較的大型の電解コンデンサを使用して、６つのスナバ回路３２１〜３２６に共通のスナバコンデンサ３２７をとしている（図２参照）。なお、このスナバコンデンサ３２７と３つのダイオードとは配線にて接続されている。

以上の実施の形態によれば、以下の効果を有する。
１）本例では、中心線ＣＬの左右に３つずつ配置された６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６に対して、中心線ＣＬの左右に３個ずつ６個のフィルタコンデンサ８２１〜８２６をそれぞれ対応して配置したので、フィルタコンデンサ８２１〜８２６と双方向スイッチング素子３１１〜３１６とのそれぞれの接続配線の取り廻し距離を短くすることができる。

２）本例では、対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２、双方向スイッチング素子３１３と３１４、双方向スイッチング素子３１５と３１６が、それぞれ中心線ＣＬの左右に並んで配置されているので、出力線Ｐ，Ｎ（バスバー３３１ａ，３３２ａ）を一方向へ短く引き出すことができるレイアウトになる。したがって、高周波交流電力が出力される配線長が長いとＬ成分の影響を受け易いが、本例の配置によればＬ成分の影響を抑制することができる。

３）本例では、出力線Ｐ，Ｎを構成する一対のバスバー３３１ａ，３３２ａは、バスバー３３１ｂ，３３２ｂに対して相対的に幅広状とされ、ヒートシンク１０の主面に対して直立して並んで配置されている。このように幅広状に形成することにより、高周波電流の表皮効果によって大電流を流すことができる。また、幅広状に形成して直立に配置することで、左側の双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５と右側の双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６との距離を短くすることができ、電力変換装置３を左右方向に小さくできる。

４）本例では、出力線Ｐ，Ｎを構成する一対のバスバー３３１ｂ，３３２ｂは、バスバー３３１ａ，３３２ａに対して相対的に幅狭に形成されているが、一つのバスバーは複数のバスバーが所定間隔をおいて積層され、さらにヒートシンク１０の主面に対して水平方向に並んで配置されている。バスバー３３１ｂ，３３２ｂをバスバー３３１ａ，３３２ａに対して相対的に幅狭に形成したので、スペースの専有が最小限で足り、水平方向に並んで配置することができるので、トランス４に対する接続端子を同じ姿勢で配列させることができる。また、一つのバスバーは複数のバスバーが所定の間隔をもって積層されているので、表皮効果によってバスバー３３１ａ，３３２ａと同等の高周波電流を流すことができる。

５）本例では、左右それぞれ３個ずつのフィルタコンデンサ８２１〜８２６は、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６が設けられた領域よりも中心線ＣＬに対して外側に配置されているので、左右の双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの左右方向の間隔を最短にできる。したがって、ヒートシンク１０の左右方向の距離を最短距離に設定でき、その結果、ヒートシンク１０を小型化することができる。

６）本例では、左右一方から入力線を構成するバスバー３３３，３３４，３３５が引き込まれ、これが左右他方に延在することで、中心線ＣＬの左右に配置された対をなす双方向スイッチング素子３１１と３１２，双方向スイッチング素子３１３と３１４，双方向スイッチング素子３２５と３１６の入力端子が、それぞれ接続されている。これにより、ヒートシンク１０の左右方向の距離を短くすることができるとともに、後述するフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを均等に配置することができ、レイアウトが簡素化されて省スペースに貢献する。また、各相間に設けられたフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを互いに共用できるので、一つのフィルタコンデンサを小容量化でき、結果的にフィルタコンデンサを小型化できる。

７）本例では、各フィルタコンデンサ８２１〜８２６をバスバー３３３，３３４，３３５の上面、換言すればバスバーに対して双方向スイッチング素子３１１〜３１６とは反対側にフィルタコンデンサ８２１〜８２６を配置したので、フィルタコンデンサ８２１〜８２６のレイアウトの設計自由度が大きくなる。

８）本例では、３つのフィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３を三角形の各頂点に配置したので、各コンデンサ間の配線長を最短距離に設定することができ、電力変換装置３の小型化を図ることができ、またコンデンサ間の同調をとることもできる。

９）本例では、三角形に配置した３つのフィルタコンデンサの一つの頂点が外方向に向かう配置にしたので、一つの頂点が内方向に向かう配列に比べて各コンデンサに接続する配線のバランスが向上するとともに、各バスバー３３３，３３４，３３５までの距離も短くなる。

《他の実施の形態》
本発明は、上述した実施の形態以外にも適宜改変することができる。以下に本発明の変形例を説明するが、本発明は上述した実施の形態及び以下の実施の形態にのみ限定される趣旨ではない。

上述した実施の形態では、左右それぞれ３つずつのフィルタコンデンサ８２Ｌ，８２Ｒを、中心線ＣＬに対して双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５及び３１２，３１４，３１６の外側に配置したが、中心線ＣＬに対して左右に配列された双方向スイッチング素子３１１,３１３，３１５及び３１２，３１４，３１６の間に配置することもできる。

また上述した実施の形態では、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６を、中心線ＣＬに対して左側に双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５を配置し、右側に双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６に配置したが、中心線ＣＬに沿って、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５と、双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６とを配置してもよい。

また上述した実施の形態では、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６を、中心線ＣＬに対して左側に双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５を配置し、右側に双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６に配置し、各双方向スイッチング素子の入力端子及び出力端子を中心線ＣＬに対して線対称に設けたが、中心線ＣＬに対して左側に双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５を配置し、右側に双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６に配置し、各双方向スイッチング素子の入力端子及び出力端子を同じ配置としてもよい。

また上述した実施の形態では、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のそれぞれに対して一つずつ対応するようにフィルタコンデンサ８２１〜８２６を各相間に設けたが、６つの双方向スイッチング素子３１１〜３１６のそれぞれに対して複数ずつ対応するようにフィルタコンデンサ８２１〜８２６を各相間に設けてもよい。この場合において、フィルタコンデンサの配置は、電力変換装置３の中央でもよいし、電力変換装置３の外側でもよい。電力変換装置３の中央に配置すると空きスペースが利用できるので電力変換装置３の大きさを可能な限り抑制することができる。

上記双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５は本発明に係る第１スイッチング手段に相当し、上記双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６は本発明に係る第２スイッチング手段に相当し、上記電力変換装置３は本発明に係る変換回路に相当し、上記バスバー３３１ａ，３３２ａは本発明に係る第１出力線に相当し、バスバー３３１ｂ，３３２ｂは本発明に係る第２出力線に相当する。

１…電力変換システム
２…三相交流電源
３…電力変換装置
３１，３１１〜３１６…双方向スイッチング素子
３２，３２１〜３２６…スナバ回路
３２７…スナバコンデンサ
３３１〜３４８…バスバー
３５１〜３５６…ブラケット
４…トランス
５…整流器
６…二次電池
７…平滑回路
８…フィルタ回路
８１…フィルタリアクトル
８２Ｌ，８２Ｒ，８２１〜８２６，８３１〜８３６…フィルタコンデンサ
９…マトリックスコンバータ制御回路
１０…ヒートシンク

Claims

多相交流電力を交流電力に直接変換する電力変換装置であって、
前記多相交流電力の各相に接続されて双方向への通電を切り換え可能にする複数の第１スイッチング手段と、前記多相交流電力の各相に接続されて双方向への通電を切り換え可能にする複数の第２スイッチング手段と、を有する変換回路と、
前記変換回路に接続された入力線と、
前記変換回路に接続された複数のコンデンサと、を備え、
前記複数の第１スイッチング手段と前記複数の第２スイッチング手段は、対をなす入力端子が一列に並び、対をなす入力端子が外側になり、対をなす出力端子が内側になるように配置され、
前記入力線は、前記対をなす入力端子が並んだ一方向に引き込まれ、一方の入力端子から他方の入力端子まで延在する電力変換装置。
前記複数のコンデンサは、前記第１スイッチング手段及び前記第２スイッチング手段の列の外側に配置されている請求項１に記載の電力変換装置。
前記第１スイッチング手段に接続されたコンデンサと、前記第２スイッチング手段に接続されたコンデンサとが、接続されている請求項２に記載の電力変換装置。
前記変換回路に接続された出力線をさらに備え、
前記複数の第１スイッチング手段と前記複数の第２スイッチング手段は、それぞれの出力端子がそれぞれ一列に並んで配置され、
前記出力線は、
前記出力端子に接続されて一方向に引き出され、幅広状バスバーが直立方向に並べて配置された一対の第１出力線を含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記出力線は、前記一対の第１出力線の各先端に接続され、前記第１出力線より幅狭とされて水平方向に配置された一対の第２出力線を含み、
前記一つの第２出力線は、複数の出力線が所定の隙間をあけて積層されている請求項４に記載の電力変換装置。
前記出力線は、前記入力線より上下方向において上側に配置されている請求項４又は５に記載の電力変換装置。
前記出力線は、前記入力端子より内側に設けられた出力端子に接続されている請求項４〜６のいずれか一項に記載の電力変換装置。