JP5561248B2 - Power converter - Google Patents
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本発明は、複数の半導体素子からなるスイッチング部と、該スイッチング部と電気的に接続された複数のコンデンサセルからなるコンデンサモジュールとを備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device including a switching unit including a plurality of semiconductor elements and a capacitor module including a plurality of capacitor cells electrically connected to the switching unit.
たとえば電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、直流電源(バッテリ)と交流回転電機(モータジェネレータ)との間で電力の変換を行う、インバータ、コンバータ等の電力変換装置がある。かかる電力変換装置は、複数の半導体素子からなるスイッチング部と、該スイッチング部と電気的に接続された複数のコンデンサセルからなるコンデンサモジュールとを備える。コンデンサモジュールは、スイッチング部へ入力される電圧を平滑化するための平滑コンデンサを構成している。 For example, there are power converters such as inverters and converters that are mounted on electric vehicles, hybrid vehicles, and the like and convert power between a DC power supply (battery) and an AC rotating electrical machine (motor generator). Such a power conversion device includes a switching unit composed of a plurality of semiconductor elements, and a capacitor module composed of a plurality of capacitor cells electrically connected to the switching unit. The capacitor module constitutes a smoothing capacitor for smoothing the voltage input to the switching unit.
コンデンサモジュールは、少なくとも一対のバスバーによって、複数のコンデンサセルを並列接続してなり、上記バスバーがスイッチング部と接続されている。ここで、各コンデンサセルとスイッチング部との間の配線距離が、複数のコンデンサセルの間において異なると、各コンデンサセルの電流経路におけるインダクタンスに差が生じることとなる。電流の高周波成分はインダクタンスがより小さい経路を流れやすい。 The capacitor module is formed by connecting a plurality of capacitor cells in parallel by at least a pair of bus bars, and the bus bars are connected to the switching unit. Here, if the wiring distance between each capacitor cell and the switching unit differs among the plurality of capacitor cells, a difference occurs in inductance in the current path of each capacitor cell. The high frequency component of the current tends to flow through a path with a smaller inductance.
ここで、電力変換装置において、スイッチング部におけるスイッチングオン、オフに伴い、コンデンサモジュールにリプル電流が流入することがある。それゆえ、各コンデンサセルの電流経路のインダクタンスに差があると、複数のコンデンサセルの間で、電流密度にばらつきが生じ、その発熱量に差が生じることとなる。その結果、特定のコンデンサセルの発熱が大きくなるおそれがある。 Here, in the power conversion device, a ripple current may flow into the capacitor module as the switching unit is turned on and off. Therefore, if there is a difference in the inductance of the current path of each capacitor cell, the current density varies among the plurality of capacitor cells, resulting in a difference in the amount of heat generated. As a result, there is a possibility that the heat generation of the specific capacitor cell is increased.
かかる問題に対して、コンデンサセル及びバスバーの配置や形状を工夫して、複数のコンデンサセルの間で、スイッチング部からの配線距離のばらつきを抑制したり、電気抵抗値のばらつきを抑制したりすることにより、インダクタンスのばらつきを抑制する手段が提案されている(特許文献1)。 In response to this problem, the arrangement and shape of the capacitor cells and bus bars are devised to suppress variations in the wiring distance from the switching unit and to suppress variations in the electrical resistance value among the plurality of capacitor cells. Thus, a means for suppressing variation in inductance has been proposed (Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1に記載の方法では、コンデンサセル及びバスバーの配置や形状を工夫して、インダクタンスの調整を行うこととなるため、これらの部材の配置や形状に制約が生じてしまう。その結果、電力変換装置の設計自由度が小さくなるおそれがある。
However, in the method described in
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、コンデンサセル及びバスバーの配置や形状の設計自由度を確保しつつ、複数のコンデンサセルの間の温度上昇のばらつきを低減することができる電力変換装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a background, and power conversion capable of reducing variations in temperature rise among a plurality of capacitor cells while ensuring the degree of freedom in designing the arrangement and shape of capacitor cells and bus bars. The device is to be provided.
本発明の一態様は、複数の半導体素子からなるスイッチング部と、該スイッチング部と電気的に接続された複数のコンデンサセルからなるコンデンサモジュールとを備えた電力変換装置において、
上記コンデンサモジュールは、上記複数のコンデンサセルを並列接続すると共に上記スイッチング部と接続される少なくとも一対のバスバーを有し、
また、上記コンデンサモジュールは、上記複数のコンデンサセルのうちの少なくとも一つに近接して、該コンデンサセルのインダクタンスを調整する調整部材を配設してなり、
該調整部材は、上記コンデンサセルに流れるループ電流に起因して生じる磁束に影響を与えることによって上記コンデンサセルのインダクタンスを調整するよう構成されていることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
One aspect of the present invention is a power conversion device including a switching unit including a plurality of semiconductor elements and a capacitor module including a plurality of capacitor cells electrically connected to the switching unit.
The capacitor module has at least a pair of bus bars connected in parallel to the plurality of capacitor cells and connected to the switching unit,
Further, the capacitor module is provided with an adjustment member for adjusting the inductance of the capacitor cell in the vicinity of at least one of the plurality of capacitor cells.
The adjustment member is configured to adjust an inductance of the capacitor cell by affecting a magnetic flux generated due to a loop current flowing in the capacitor cell. 1).
上記電力変換装置において、上記コンデンサモジュールは、上記複数のコンデンサセルのうちの少なくとも一つに近接して上記調整部材を配設してなる。これにより、該調整部材を用いて各コンデンサセルのインダクタンスを個別に調整することができる。それゆえ、複数のコンデンサセルの間のインダクタンスのばらつきを、上記調整部材を用いて容易に行うことができる。その結果、各コンデンサセルに流れるリプル電流のばらつきを低減することができ、複数のコンデンサセルの間の温度上昇のばらつきを低減することができる。 In the power conversion apparatus, the capacitor module is configured by disposing the adjusting member in proximity to at least one of the plurality of capacitor cells. Thereby, the inductance of each capacitor cell can be individually adjusted using the adjusting member. Therefore, the inductance variation among the plurality of capacitor cells can be easily performed using the adjusting member. As a result, it is possible to reduce the variation in ripple current flowing through each capacitor cell, and to reduce the variation in temperature rise among the plurality of capacitor cells.
また、上記のようなコンデンサセルのインダクタンスの調整を、上記調整部材の配置によって行うことができるため、バスバーの形状や配置、或いはコンデンサセルの配置等を工夫する必要もなく、その制約が特になくなる。それゆえ、コンデンサセル及びバスバーの配置や形状の設計自由度を確保することができる。 Further, since the adjustment of the inductance of the capacitor cell as described above can be performed by the arrangement of the adjustment member, it is not necessary to devise the shape and arrangement of the bus bar, the arrangement of the capacitor cell, etc. . Therefore, the degree of freedom in designing the arrangement and shape of the capacitor cell and the bus bar can be ensured.
以上のごとく、上記態様によれば、コンデンサセル及びバスバーの配置や形状の設計自由度を確保しつつ、複数のコンデンサセルの間の温度上昇のばらつきを低減することができる電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to the above aspect, it is possible to provide a power converter that can reduce variations in temperature rise among a plurality of capacitor cells while ensuring the degree of freedom in designing the arrangement and shape of the capacitor cells and bus bars. be able to.
本明細書において、上記コンデンサセルのインダクタンスとは、上記コンデンサセルとこれに接続されたバスバーとによって構成される電流経路のインダクタンスを意味する。また、上記コンデンサセルに流れるループ電流とは、上記コンデンサセルとこれに接続されたバスバーとによって構成される電流経路に流れる電流を意味するものとする。 In the present specification, the inductance of the capacitor cell means an inductance of a current path constituted by the capacitor cell and a bus bar connected to the capacitor cell. The loop current flowing in the capacitor cell means a current flowing in a current path constituted by the capacitor cell and a bus bar connected to the capacitor cell.
また、上記調整部材の少なくとも一つは、導電性を有する導電性調整部材であって、近接配置された上記コンデンサセルに流れるループ電流によって生じる磁束が上記導電性調整部材を貫くよう構成することができる(請求項2)。この場合には、上記コンデンサセルに流れるループ電流によって生じる磁束が変化すると、この磁束の変化を妨げる方向に、上記導電性調整部材に渦電流が発生する。つまり、上記コンデンサセルに流れるループ電流によって生じる磁束が増加した場合、この磁束と逆向きとなる磁束が生じるように上記渦電流が発生する。これにより、上記ループ電流によって生じる磁束と上記渦電流によって生じる磁束とが打ち消し合い、コンデンサセルのインダクタンスが減少する。これにより、当該コンデンサセルにリプル電流が流れやすくなる。このようにして、複数のコンデンサセルの間のリプル電流の流れやすさのばらつきを抑制し、その温度上昇のばらつきを容易に低減することができる。 Further, at least one of the adjusting members is a conductive adjusting member having conductivity, and a magnetic flux generated by a loop current flowing in the capacitor cell arranged in proximity is configured to penetrate the conductive adjusting member. (Claim 2). In this case, when the magnetic flux generated by the loop current flowing through the capacitor cell changes, an eddy current is generated in the conductive adjustment member in a direction that prevents the change in the magnetic flux. That is, when the magnetic flux generated by the loop current flowing through the capacitor cell increases, the eddy current is generated so as to generate a magnetic flux opposite to the magnetic flux. Thereby, the magnetic flux generated by the loop current and the magnetic flux generated by the eddy current cancel each other, and the inductance of the capacitor cell is reduced. This makes it easy for a ripple current to flow through the capacitor cell. In this way, it is possible to suppress variations in the ease of flow of ripple current among the plurality of capacitor cells, and to easily reduce variations in temperature rise.
また、上記導電性調整部材は、少なくとも、上記スイッチング部からの配線距離が最も長い上記コンデンサセルに対して近接配置することができる(請求項3)。この場合には、複数のコンデンサセルの間のインダクタンスのばらつきを容易に抑制することができ、複数のコンデンサセルの間の温度上昇のばらつきを低減することができる。 Further, the conductivity adjusting member can be disposed close to at least the capacitor cell having the longest wiring distance from the switching portion. In this case, the variation in inductance between the plurality of capacitor cells can be easily suppressed, and the variation in temperature rise between the plurality of capacitor cells can be reduced.
また、上記導電性調整部材は、複数の上記コンデンサセルに対してそれぞれ近接配置されており、上記スイッチング部からの配線距離がより長い上記コンデンサセルに対して近接配置された上記導電性調整部材ほど、上記コンデンサセルに流れるループ電流との結合係数が大きくなるようにすることができる(請求項4)。ここで、結合係数とは、ループ電流によって生じる磁束が導電性調整部材に鎖交する割合を示す。この場合には、上記スイッチング部からの配線距離がより長い上記コンデンサセルに対して近接配置された上記導電性調整部材ほど、上記渦電流が形成されやすくなる。そのため、上記導電性調整部材を設けない場合にインダクタンスが大きくなりやすいコンデンサセルほど、上記導電性調整部材によってインダクタンスを低減することができる。その結果、複数のコンデンサセルの間のインダクタンスのばらつきを効果的に低減することができる。 In addition, the conductivity adjusting member is arranged in proximity to each of the plurality of capacitor cells, and the conductivity adjusting member arranged closer to the capacitor cell having a longer wiring distance from the switching unit. The coupling coefficient with the loop current flowing through the capacitor cell can be increased (claim 4). Here, the coupling coefficient indicates a ratio at which the magnetic flux generated by the loop current is linked to the conductive adjustment member. In this case, the eddy current is more likely to be formed in the conductive adjustment member disposed closer to the capacitor cell having a longer wiring distance from the switching unit. Therefore, the inductance of the capacitor cell that tends to increase the inductance when the conductivity adjusting member is not provided can be reduced by the conductivity adjusting member. As a result, it is possible to effectively reduce the inductance variation among the plurality of capacitor cells.
また、上記導電性調整部材は、平板状の部材であり、その主面が、近接配置された上記コンデンサセルに流れる上記ループ電流の経路と平行となるよう構成されていてもよい(請求項5)。この場合には、上記導電性調整部材に流れる上記渦電流が形成されやすくなる。そのため、コンデンサセルのインダクタンスをより効果的に調整することができる。なお、上記導電性調整部材の主面が上記ループ電流の経路と平行となるとは、実質的に平行であることも含み、上述の効果が充分に得られる範囲で厳密な平行からずれていてもよい。以下、同様である。 Further, the conductivity adjusting member is a flat plate member, and a main surface thereof may be configured to be parallel to a path of the loop current flowing in the capacitor cell arranged in proximity. ). In this case, the eddy current flowing through the conductivity adjusting member is easily formed. Therefore, the inductance of the capacitor cell can be adjusted more effectively. The principal surface of the conductivity adjusting member being parallel to the path of the loop current includes substantially parallel, even if the main surface of the conductivity adjusting member is deviated from strict parallel as long as the above-described effects are sufficiently obtained. Good. The same applies hereinafter.
また、上記調整部材の少なくとも一つは、磁性を備えた磁性調整部材であって、近接配置された上記コンデンサセルに流れるループ電流によって生じる磁束が上記磁性調整部材の一部に形成されるよう構成することもできる(請求項6)。この場合には、上記磁性調整部材を近接配置したコンデンサセルのインダクタンスを大きくすることができる。つまり、上記のように磁性調整部材を配置すると、上記コンデンサセルに流れるループ電流によって生じる磁束が大きくなる。その結果、コンデンサセルのインダクタンスが大きくなる。これにより、各コンデンサセルのインダクタンスを容易に調整することができるため、複数のコンデンサセルの間のインダクタンスのばらつきを容易に低減することができ、温度上昇のばらつきを容易に低減することができる。 Further, at least one of the adjusting members is a magnetic adjusting member having magnetism, and a magnetic flux generated by a loop current flowing in the capacitor cell arranged in proximity is formed in a part of the magnetic adjusting member. (Claim 6). In this case, it is possible to increase the inductance of the capacitor cell in which the magnetic adjustment member is disposed in proximity. That is, when the magnetic adjustment member is arranged as described above, the magnetic flux generated by the loop current flowing through the capacitor cell is increased. As a result, the inductance of the capacitor cell increases. Thereby, since the inductance of each capacitor cell can be easily adjusted, the variation in inductance among the plurality of capacitor cells can be easily reduced, and the variation in temperature rise can be easily reduced.
また、上記磁性調整部材は、少なくとも、上記スイッチング部からの配線距離が最も短い上記コンデンサセルに対して近接配置されていることが好ましい(請求項7)。この場合には、複数のコンデンサセルの間のインダクタンスのばらつきを容易に抑制することができ、複数のコンデンサセルの間の温度上昇のばらつきを低減することができる。 In addition, it is preferable that the magnetic adjustment member is disposed close to at least the capacitor cell having the shortest wiring distance from the switching unit. In this case, the variation in inductance between the plurality of capacitor cells can be easily suppressed, and the variation in temperature rise between the plurality of capacitor cells can be reduced.
また、上記磁性調整部材は、少なくともその一部が上記コンデンサセルに流れるループ電流の内側に配置されるようにすることができる(請求項8)。この場合には、上記ループ電流によって生じる磁束を上記磁性調整部材によって大きくしやすい。そのため、コンデンサセルのインダクタンスをより効果的に調整することができる。 In addition, at least a part of the magnetic adjustment member can be disposed inside a loop current flowing through the capacitor cell. In this case, the magnetic flux generated by the loop current is easily increased by the magnetic adjustment member. Therefore, the inductance of the capacitor cell can be adjusted more effectively.
(実施例1)
電力変換装置の実施例につき、図1〜図4を用いて説明する。
本例の電力変換装置1は、図3に示すごとく、複数の半導体素子からなるスイッチング部2と、スイッチング部2と電気的に接続された複数のコンデンサセル30からなるコンデンサモジュール3とを備えている。
Example 1
Examples of the power conversion device will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 3, the
図1、図2に示すごとく、コンデンサモジュール3は、複数のコンデンサセル30を並列接続すると共にスイッチング部2と接続される一対のバスバー41、42を有する。
また、コンデンサモジュール3は、複数のコンデンサセル30のうちの少なくとも一つに近接して、該コンデンサセル30のインダクタンスを調整する調整部材5を配設してなる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
The
調整部材5は、コンデンサセル30に流れるループ電流に起因して生じる磁束に影響を与えることによってコンデンサセル30のインダクタンスを調整するよう構成されている。
本例においては、調整部材5は、銅等からなる導電性を有する導電性調整部材51である。そして、図4に示すごとく、近接配置されたコンデンサセル30に流れるループ電流I0によって生じる磁束φ0が導電性調整部材51を貫くよう構成されている。
The
In the present example, the adjusting
図1〜図3に示すごとく、導電性調整部材51は、スイッチング部2からの配線距離が最も長いコンデンサセル301に対して近接配置されている。本例においては、コンデンサモジュール3が、バスバー41、42によって互いに並列接続された3個のコンデンサセル30(301、302、303)を備えている。そして、この3個のコンデンサセル30は、スイッチング部2からの配線距離が互いに異なり、コンデンサセル301とスイッチング部2との間の配線距離が最も長く、コンデンサセル303とスイッチング部2との間の配線距離が最も短い。そして、スイッチング部2との配線距離が最も長いコンデンサセル301に対して導電性調整部材51が近接配置されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
各コンデンサセル30はフィルムコンデンサからなり、図1、図2に示すごとく、3個のコンデンサセル30は、巻回軸方向を平行にした状態で、一列に並んで配置されている。コンデンサセル30における略楕円柱状の両底面に、一対の電極31、32が形成されており、それぞれの電極31、32にバスバー41、42が接続されている。
図1に示すごとく、バスバー41は、複数のコンデンサセル30の配列方向に延びる本体板部411と、該本体板部411からその幅方向に突出した3本の端子部412とからなる。バスバー41は、各端子部412において、コンデンサセル30の電極31に接続されている。また、バスバー41は、本体板部411におけるコンデンサセル303側の延設方向の一端に配されたバスバー端子414において、スイッチング部2と接続されている。
Each
As shown in FIG. 1, the
バスバー42は、複数のコンデンサセル30の配列方向に延びる本体板部421と、該本体板部421の法線方向に延びると共に本体板部421の延設方向に平行な立設板部422と、立設板部422における本体板部421側と反対側の端部において略直角に屈曲して延びる3本の端子部423とを備えている。バスバー42の本体板部421は、バスバー41の本体板部411と対向配置され、バスバー42の立設板部422は、3つのコンデンサセル30の側面に対向配置され、バスバー42の端子部423は、それぞれコンデンサセル30の電極32に接続されている。また、バスバー42は、本体板部421におけるコンデンサセル303側の延設方向の一端に配されたバスバー端子424において、スイッチング部2と接続されている。
The
コンデンサモジュール3は、上記のような構成にて複数のコンデンサセル30と一対のバスバー41、42を配置していることにより、スイッチング部2から各コンデンサセル30に電流が流れ込んだとき、次のようなループ状の電流経路が形成される。すなわち、電流は、スイッチング部2に接続されたバスバー42の本体板部421から立設板部422、端子部423を通り、各コンデンサセル30へ、その電極32から流入する。そして、コンデンサセル30における一方の電極32から他方の電極31へ電流が流れ、他方のバスバー41の端子部412から本体板部411を通り、スイッチング部2へ戻る。このような経路にて電流が流れると、各コンデンサセル30には、並び方向に直交する平面に対して略平行なループ状の電流経路が形成されることとなる。
導電性調整部材51は、平板状の部材であり、その主面が、近接配置されたコンデンサセル301に流れる電流の経路と略平行となるよう配置されている。つまり、導電性調整部材51は、コンデンサセル30の並び方向(バスバー41、42の本体板部411、421の延設方向)に直交するように配置されている。
The
図3は、本例の電力変換装置1におけるコンデンサモジュール3とスイッチング部2との配線状態を示す回路図である。同図には、各コンデンサセル30のインダクタンス、すなわち、コンデンサセル30とこれに接続されたバスバー41、42とによってスイッチング部2と各コンデンサセル30との間に構成される電流経路におけるインダクタンスを、それぞれL1、L2、L3として示す。これらは、L1>L2>L3の関係を有する。そして、スイッチング部2からの配線距離が最も長いコンデンサセル301に近接して調整部材5を配置することは、同図に示すごとく、調整部材5がコンデンサセル301のインダクタンス成分(L1)と結合して、そのインダクタンスを低下させることを意味する。これにより、インダクタンスL1、L2、L3の間のばらつきを低減している。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a wiring state between the
なお、電力変換装置1は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、直流電源(図示略)と交流回転電機(図示略)との間における電力変換に用いられるインバータやコンバータとすることができる。また、上記コンデンサモジュール3は、直流電源からスイッチング部2への供給電力の電圧を平滑化する平滑コンデンサを構成するものとすることができる。
The
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置1において、コンデンサモジュール3は、複数のコンデンサセル30のうちの少なくとも一つに近接して調整部材5を配設してなる。これにより、調整部材5を用いて各コンデンサセル30のインダクタンスを個別に調整することができる。それゆえ、複数のコンデンサセル30の間のインダクタンスのばらつきを、調整部材5を用いて容易に行うことができる。その結果、各コンデンサセル30に流れるリプル電流のばらつきを低減することができ、複数のコンデンサセル30の間の温度上昇のばらつきを低減することができる。
Next, the function and effect of this example will be described.
In the
また、上記のようなコンデンサセル30のインダクタンスの調整を、調整部材5の配置によって行うことができるため、バスバー41、42の形状や配置、或いはコンデンサセル30の配置等を工夫する必要もなく、その制約が特になくなる。それゆえ、コンデンサセル30及びバスバー41、42の配置や形状の設計自由度を確保することができる。
Moreover, since the adjustment of the inductance of the
また、本例においては、調整部材5が導電性を有する導電性調整部材51であって、図4に示すごとく、近接配置されたコンデンサセル30に流れるループ電流I0によって生じる磁束φ0が導電性調整部材51を貫くよう構成してある。これにより、コンデンサセル30に流れるループ電流I0によって生じる磁束φ0が変化すると、この磁束φ0の変化を妨げる方向に、導電性調整部材51に渦電流I1が発生する。つまり、コンデンサセル30に流れるループ電流I0によって生じる磁束φ0が増加した場合、この磁束φ0と逆向きとなる磁束φ1が生じるように渦電流I1が発生する。これにより、ループ電流I0によって生じる磁束φ0と渦電流I1によって生じる磁束φ1とが打ち消し合い、コンデンサセル30のインダクタンスが減少する。これにより、当該コンデンサセル30にリプル電流が流れやすくなる。このようにして、複数のコンデンサセル30の間のリプル電流の流れやすさのばらつきを抑制し、その温度上昇のばらつきを容易に低減することができる。
Further, in this example, the adjusting
また、導電性調整部材51は、スイッチング部2からの配線距離が最も長いコンデンサセルに対して近接配置されている。これにより、複数のコンデンサセル30の間のインダクタンスのばらつきを容易に抑制することができ、複数のコンデンサセル30の間の温度上昇のばらつきを低減することができる。
In addition, the
また、導電性調整部材51は、平板状の部材であり、その主面が、近接配置されたコンデンサセル30に流れるループ電流I0の経路と平行となるよう構成されている。これにより、導電性調整部材51に流れる渦電流I1が形成されやすくなる。そのため、コンデンサセル30のインダクタンスをより効果的に調整することができる。
In addition, the
以上のごとく、本例によれば、コンデンサセル及びバスバーの配置や形状の設計自由度を確保しつつ、複数のコンデンサセルの間の温度上昇のばらつきを低減することができる電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to this example, there is provided a power conversion device that can reduce variations in temperature rise among a plurality of capacitor cells while ensuring the degree of freedom in designing the arrangement and shape of capacitor cells and bus bars. be able to.
(実施例2)
本例は、図5に示すごとく、3個のコンデンサセル30のうち、スイッチング部2からの配線距離が最も長いコンデンサセル301のみならず、スイッチング部2からの配線距離が2番目に長いコンデンサセル302にも、導電性調整部材51を近接配置した例である。
(Example 2)
In this example, as shown in FIG. 5, among the three
コンデンサセル302に近接配置した導電性調整部材512も、コンデンサセル301に近接配置した導電性調整部材511と同様に、平板状の部材であり、その主面がコンデンサセル30に流れるループ電流の経路と平行となるように配置されている。そして、コンデンサセル302に近接配置した導電性調整部材512は、コンデンサセル301に近接配置した導電性調整部材511よりも、上記主面(ループ電流の経路に平行な面)の面積が小さい。これによって、コンデンサセル302のループ電流とこれに近接する導電性調整部材512との間の結合係数を、コンデンサセル301のループ電流とこれに近接する導電性調整部材511との間の結合係数よりも小さくしている。
Similarly to the
つまり、本例の電力変換装置1は、スイッチング部2からの配線距離がより長いコンデンサセル30に対して近接配置された導電性調整部材51ほど、コンデンサセル30に流れるループ電流との結合係数が大きくなるようにしている。
That is, in the
本例においては、図5に示すごとく、コンデンサセル30の巻回軸方向において、2つの導電性調整部材51の長さに差を設けているが、上記巻回軸方向及び導電性調整部材51の厚み方向に直交する方向において、2つの導電性調整部材51の長さに差を設けてもよい。或いは、上記2つの方向の双方において2つの導電性調整部材51の長さに差を設けてもよい。
その他は、実施例1と同様である。
In this example, as shown in FIG. 5, there is a difference in the lengths of the two
Others are the same as in the first embodiment.
本例の場合には、スイッチング部からの配線距離がより長いコンデンサセル30に対して近接配置された導電性調整部材51ほど、渦電流が形成されやすくなる。そのため、導電性調整部材51を設けない場合にインダクタンスが大きくなりやすいコンデンサセル30ほど、導電性調整部材51によってインダクタンスを低減することができる。その結果、複数のコンデンサセル30の間のインダクタンスのばらつきを効果的に低減することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the eddy current is more likely to be formed in the
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
なお、以上の説明は、導電性調整部材512がコンデンサセル302のループ電流とのみ磁気的に結合し、コンデンサセル301のループ電流とは磁気的に結合していないことを前提とした説明である。ところが、図5に示すような配置とした場合、実際には、導電性調整部材512はコンデンサセル301のループ電流と磁気的に結合することとなる。しかしながら、この場合においても、スイッチング部2からの配線距離が長いコンデンサセル30ほど導電性調整部材51によるインダクタンス低減効果を大きくすることができること、及び、導電性調整部材51の大きさやコンデンサセル30との距離を調整することによりインダクタンス低減効果を調整することができることについては、上述の説明と何ら変わりはない。なお、かかる事情は、後述する実施例3においても同様である。
The above description is based on the assumption that the
(実験例)
本例は、図6〜図10に示すごとく、上記実施例2の電力変換装置1の効果を確認する実験を行った例である。
つまり、図6に示すごとく、上記実施例2の電力変換装置1において、スイッチング部2を交流電源101に置き換えた試験回路10を構成し、この試験回路10において、各コンデンサセル30にそれぞれ流れる電流を測定した。上記交流電源101は、ピーク電流50A、周波数100kHzの正弦波電流をコンデンサモジュール3に印加するよう構成してある。
(Experimental example)
As shown in FIGS. 6 to 10, this example is an example in which an experiment for confirming the effect of the
That is, as shown in FIG. 6, in the
ここで、導電性調整部材51のインダクタンスを10nHとし、コンデンサセル301のインダクタンスL1を70nH、コンデンサセル302のインダクタンスL2を60nH、コンデンサセル303のインダクタンスL3を50nHとした。なお、コンデンサセル30(301、302、303)のインダクタンスとは、各コンデンサセル30とバスバー41、42とを合わせた電流経路におけるインダクタンスを意味する。
Here, the inductance of the
また、コンデンサセル301に近接配置した導電性調整部材511は、コンデンサセル301に流れるループ電流との結合係数が0.5であり、コンデンサセル302に近接配置した導電性調整部材512は、コンデンサセル302に流れるループ電流との結合係数が0.4である。
また、各コンデンサセル30の容量は、それぞれ100μFである。
なお、本例においては、導電性調整部材511はコンデンサセル301に流れるループ電流とのみ磁気的に結合し、導電性調整部材512はコンデンサセル302に流れるループ電流とのみ磁気的に結合することを前提に、シミュレーションを行ったものである。
In addition, the
Each
In this example, the
また、比較として、図7に示すごとく、上記試験回路10において調整部材5(導電性調整部材51)を配設しない試験回路90をも用意した。
この2つの試験回路10、90において、各コンデンサセル30に流れる電流の電流値を測定した。その結果を、図8、図9に示す。同図において、i1、i2、i3は、それぞれコンデンサセル301、302、303に流れる電流の電流値を表す。
For comparison, as shown in FIG. 7, a
In these two
調整部材5を用いない試験回路90においては、図9に示すごとく、各コンデンサセル301、302、303に流れる電流の電流値i1、i2、i3にばらつきが生じている。
これに対し、調整部材5を用いた試験回路10においては、図8に示すごとく、各コンデンサセル301、302、303に流れる電流の電流値i1、i2、i3のばらつきが小さい。
In the
On the other hand, in the
各コンデンサセル301、302、303に流れる電流の電流値i1、i2、i3の測定結果に基づき、調整部材5を磁気的に結合させた状態の各コンデンサセル301、302、303のインダクタンスL1、L2、L3を求めた。その結果を図10に示す。同図に示すごとく、試験回路10のように調整部材5を配置した場合、3つのコンデンサセル301、302、303の間で、インダクタンスのばらつきは殆どなくなっている。
なお、図10において、M0を付した折れ線グラフは、調整部材5を配置しない試験回路90におけるコンデンサセル30のインダクタンスを示し、M1を付した折れ線グラフは、調整部材5を配置した試験回路10におけるコンデンサセル30のインダクタンスを示す。
Based on the measurement results of the current values i1, i2, and i3 of the currents flowing through the
In FIG. 10, a line graph with M0 indicates the inductance of the
以上のごとく、本例によれば、調整部材5を適切に配置することにより、コンデンサモジュール3における複数のコンデンサセル30の間において、インダクタンスのばらつきを低減することができることが分かる。
As described above, according to the present example, it can be seen that variation in inductance among the plurality of
(実施例3)
本例は、図11に示すごとく、コンデンサモジュール3における3個のコンデンサセル30すべてに対して導電性調整部材51を近接配置した例である。
そして、スイッチング部2からの配線距離がより長いコンデンサセル30のループ電流ほど、近接配置した導電性調整部材51との間の結合係数が大きくなるようにしてある。つまり、コンデンサセル301のループ電流とこれに近接する導電性調整部材511との結合係数が、コンデンサセル302のループ電流とこれに近接する導電性調整部材512との結合係数、及び、コンデンサセル303のループ電流とこれに近接する導電性調整部材513との結合係数よりも大きい。一方、コンデンサセル303のループ電流とこれに近接する導電性調整部材513との結合係数が、コンデンサセル302のループ電流とこれに近接する導電性調整部材512との結合係数、及び、コンデンサセル301のループ電流とこれに近接する導電性調整部材511との結合係数よりも小さい。
(Example 3)
In this example, as shown in FIG. 11, the
And the coupling coefficient between the
本例においては、具体的には、導電性調整部材51におけるコンデンサセル30に面する主面の面積を変えると共に、各導電性調整部材51と各コンデンサセル30との間の距離を変えることにより、導電性調整部材51のループ電流と導電性調整部材51との結合係数を調整している。より具体的には、スイッチング部からの配線距離がより長いコンデンサセル30に近接配置した導電性調整部材51ほど、コンデンサセル30に面する主面の面積を大きくすると共に、コンデンサセル30との距離を小さくしてある。
In this example, specifically, by changing the area of the main surface facing the
なお、コンデンサセル30のループ電流と導電性調整部材51との結合係数の調整にあたり、導電性調整部材51の主面の面積と、コンデンサセル30との距離とのいずれか一方を変更することもできる。
その他は、実施例1と同様である。
In adjusting the coupling coefficient between the loop current of the
Others are the same as in the first embodiment.
本例の場合には、より緻密に複数のコンデンサセル30のインダクタンスを調整することができ、これらに流れるリプル電流のばらつきを一層抑制することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the inductance of the plurality of
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
(実施例4)
本例は、図12、図13に示すごとく、調整部材5として、磁性を備えた磁性調整部材52を用いた例である。
磁性調整部材52は、近接配置されたコンデンサセル30に流れるループ電流I0によって生じる磁束φ0が磁性調整部材52の一部に形成されるよう配置されている。また、磁性調整部材52は、特に軟磁性体からなることが好ましく、例えば鉄を用いることができる。
(Example 4)
In this example, as shown in FIGS. 12 and 13, a
The
また、磁性調整部材52は、スイッチング部からの配線距離が最も短いコンデンサセル303に対して近接配置されている。また、磁性調整部材52は、その一部が上記コンデンサセル30に流れるループ電流I0の内側に配置されている。すなわち、磁性調整部材52は、バスバー42における立設板部422及び端子部423と、バスバー41における端子部412と、コンデンサセル303とによって囲まれる空間に配設されている。より具体的には、コンデンサセル303の側面とバスバー42の立設板部422との間の隙間に、磁性調整部材52が配置されている。
なお、実施例1、2にかかる電力変換装置1において用いた導電性調整部材51は、本例の電力変換装置1においては配置していない。
その他は、実施例1と同様である。
In addition, the
In addition, the
Others are the same as in the first embodiment.
本例の場合には、磁性調整部材52を近接配置したコンデンサセル303のインダクタンスを大きくすることができる。つまり、上記のように磁性調整部材52を配置すると、コンデンサセル303に流れるループ電流I0によって生じる磁束φ0が大きくなる。その結果、コンデンサセル303のインダクタンスが大きくなる。これにより、複数のコンデンサセル30の間のインダクタンスのばらつきを容易に低減することができ、温度上昇のばらつきを容易に低減することができる。
In the case of this example, it is possible to increase the inductance of the
また、磁性調整部材52がスイッチング部2からの配線距離が最も短いコンデンサセル303に対して近接配置されている。そのため、複数のコンデンサセル30の間のインダクタンスのばらつきを容易に抑制することができ、複数のコンデンサセル30の間の温度上昇のばらつきを低減することができる。
Further, the
また、磁性調整部材52は、少なくともその一部がコンデンサセル30に流れるループ電流I0の内側に配置されている。それゆえ、ループ電流I0によって生じる磁束φ0を磁性調整部材52によって大きくしやすい。そのため、コンデンサセル303のインダクタンスをより効果的に調整することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
Further, the
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
(実施例5)
本例は、図14に示すごとく、調整部材5として、導電性調整部材51と磁性調整部材52との双方を用いた電力変換装置1の例である。
すなわち、スイッチング部からの配線距離が最も長いコンデンサセル301に導電性調整部材51を近接配置し、スイッチング部2からの配線距離が最も短いコンデンサセル303に磁性調整部材52を近接配置してある。導電性調整部材51の配置状態は、実施例1に示した配置状態と同様であり、磁性調整部材52の配置状態は、実施例4に示した配置状態と同様である。
(Example 5)
As shown in FIG. 14, this example is an example of the
That is, the
なお、導電性調整部材51と磁性調整部材52とは、同じ材質のものを用いることができる。つまり、例えば鉄等、導電性と磁性とを兼ね備えた材料であれば、同じ材料にて導電性調整部材51と磁性調整部材52とを構成することもできる。
その他は、実施例1と同様である。
The
Others are the same as in the first embodiment.
本例の場合には、導電性調整部材51によってコンデンサセル301のインダクタンスを低減し、磁性調整部材52によってコンデンサセル303のインダクタンスを増加させることができる。その結果、コンデンサモジュール3における3個のコンデンサセル30の間のインダクタンスのばらつきを効果的に低減することができる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
In the case of this example, the inductance of the
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
上記実施例においては、コンデンサモジュール3が3個のコンデンサセル30によって構成された例を示したが、コンデンサセル30の数は特に限定されるものではなく、2個でもよいし、4個以上であってもよい。
また、コンデンサセルは、フィルムコンデンサに限らず、他の種類のコンデンサであってもよい。
また、コンデンサモジュールにおけるバスバーの数は、一対に限らず、二対以上であってもよい。
In the above embodiment, the example in which the
Further, the capacitor cell is not limited to a film capacitor, and may be another type of capacitor.
The number of bus bars in the capacitor module is not limited to a pair, and may be two or more.
1 電力変換装置
2 スイッチング部
3 コンデンサモジュール
30 コンデンサセル
41、42 バスバー
5 調整部材
51 導電性調整部材
52 磁性調整部材
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上記コンデンサモジュールは、上記複数のコンデンサセルを並列接続すると共に上記スイッチング部と接続される少なくとも一対のバスバーを有し、
また、上記コンデンサモジュールは、上記複数のコンデンサセルのうちの少なくとも一つに近接して、該コンデンサセルのインダクタンスを調整する調整部材を配設してなり、
該調整部材は、上記コンデンサセルに流れるループ電流に起因して生じる磁束に影響を与えることによって上記コンデンサセルのインダクタンスを調整するよう構成されていることを特徴とする電力変換装置。 In a power conversion device including a switching unit composed of a plurality of semiconductor elements and a capacitor module composed of a plurality of capacitor cells electrically connected to the switching unit,
The capacitor module has at least a pair of bus bars connected in parallel to the plurality of capacitor cells and connected to the switching unit,
Further, the capacitor module is provided with an adjustment member for adjusting the inductance of the capacitor cell in the vicinity of at least one of the plurality of capacitor cells.
The power conversion device, wherein the adjustment member is configured to adjust an inductance of the capacitor cell by affecting a magnetic flux generated due to a loop current flowing in the capacitor cell.
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