JP5590448B2 - マトリクスコンバータ - Google Patents
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Description
本発明は、マトリクスコンバータに関する。
特許文献１には、電力変換器が記載されている。この電力変換器の筐体には、半導体双方向スイッチが樹脂モールドされた複数のＩＧＢＴモジュールが設けられている。ＩＧＢＴモジュールの両側には、半導体双方向スイッチのスイッチングにより発生するサージ電圧を吸収するためのスナバモジュールが配置されている。
このスナバモジュールには、下側へ突出する端子群が設けられ、この端子群の各端子が、ＩＧＢＴモジュールに接続される。また、電力変換器の振動により、端子が折損することを防止するため、スナバモジュールは、スナバモジュール本体に設けられたねじ通し穴を用いてねじ固定される。
このスナバモジュールには、下側へ突出する端子群が設けられ、この端子群の各端子が、ＩＧＢＴモジュールに接続される。また、電力変換器の振動により、端子が折損することを防止するため、スナバモジュールは、スナバモジュール本体に設けられたねじ通し穴を用いてねじ固定される。
本発明は、スナバモジュールの端子の折損を防止することが可能なマトリクスコンバータを提供することを目的とする。
前記目的に沿う本発明に係るマトリクスコンバータは、半導体双方向スイッチがそれぞれ設けられた複数の半導体スイッチモジュールと、
前記半導体双方向スイッチのスイッチングにより発生するサージ電圧を抑制するための複数のコンデンサ及び複数のダイオードがそれぞれ設けられた複数のスナバモジュールと、
第１のブスバー、絶縁体、及び第２のブスバーが順に積層され、厚み方向に折り曲げられていない平板状のラミネートブスバーと、を備え、
前記各スナバモジュールは、外側に突出する端子群並びに該端子群とは異なる位置から突出し、外部に設けられた外部回路に接続するための第１及び第２の端子を有し、
前記端子群の端子が、対応する前記半導体スイッチモジュールの端子に接続され、
前記複数のスナバモジュールの第１の端子同士が互いに前記第１のブスバーを介して接続され、
前記複数のスナバモジュールの第２の端子同士が互いに前記第２のブスバーを介して接続される。
前記半導体双方向スイッチのスイッチングにより発生するサージ電圧を抑制するための複数のコンデンサ及び複数のダイオードがそれぞれ設けられた複数のスナバモジュールと、
第１のブスバー、絶縁体、及び第２のブスバーが順に積層され、厚み方向に折り曲げられていない平板状のラミネートブスバーと、を備え、
前記各スナバモジュールは、外側に突出する端子群並びに該端子群とは異なる位置から突出し、外部に設けられた外部回路に接続するための第１及び第２の端子を有し、
前記端子群の端子が、対応する前記半導体スイッチモジュールの端子に接続され、
前記複数のスナバモジュールの第１の端子同士が互いに前記第１のブスバーを介して接続され、
前記複数のスナバモジュールの第２の端子同士が互いに前記第２のブスバーを介して接続される。
本発明に係るマトリクスコンバータにおいて、前記端子群は、前記スナバモジュールの第１の角部から突出し、
前記第１及び第２の端子は、前記第１の角部よりも高い位置にある第２の角部から突出することもできる。
前記第１及び第２の端子は、前記第１の角部よりも高い位置にある第２の角部から突出することもできる。
本発明に係るマトリクスコンバータにおいて、前記スナバモジュールの端子群は、先端部が外側に折り曲げられた６つの端子を有し、該端子はそれぞれ、該スナバモジュールの前記第１の角部から下方向へ突出し、
前記各半導体スイッチモジュールは、両側にそれぞれ２つのねじ端子を有し、
平面視して３個並んで配置された前記半導体スイッチモジュールの両側に、それぞれ１個の前記スナバモジュールが対向して配置され、前記スナバモジュールの前記端子群のうちの２つの端子が、前記半導体スイッチモジュールの片側の２つの端子に固定されることが好ましい。
前記各半導体スイッチモジュールは、両側にそれぞれ２つのねじ端子を有し、
平面視して３個並んで配置された前記半導体スイッチモジュールの両側に、それぞれ１個の前記スナバモジュールが対向して配置され、前記スナバモジュールの前記端子群のうちの２つの端子が、前記半導体スイッチモジュールの片側の２つの端子に固定されることが好ましい。
本発明に係るマトリクスコンバータにおいて、前記絶縁体をアラミド紙とすることが好ましい。
請求項１〜４記載のマトリクスコンバータにおいては、本発明の構成をとらない場合に比べ、スナバモジュールの端子の折損を防止するとともに、サージ電圧を低減することが可能である。
請求項３記載のマトリクスコンバータにおいては、冷却風が抜ける空間が形成され、本発明の構成をとらない場合に比べ、半導体スイッチモジュールの冷却効率を向上させることが可能である。
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、説明の便宜上、図２、図３、図５〜図７に示す上下方向、左右方向、及び前後方向を定義する。但し、マトリクスコンバータの実際の使用状態によっては、設置方法が各図とは異なり、例えば、図２、図３、図５〜図７に示した上方向が前方向に、下方向が後方向に、前方向が下方向に、後方向が上方向となる場合がある。また、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。
本発明の一実施の形態に係るマトリクスコンバータ１０は、入力された３相交流電力を周波数や電圧が異なる交流電力に変換することができる。マトリクスコンバータ１０の容量は、例えば、１６０ｋＷである。
図１（Ａ）に示すように、マトリクスコンバータ１０は、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ
Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）モジュール（半導体スイッチモジュールの一例）Ｑ１〜Ｑ９とを備え、モータＭを駆動することができる。また、マトリクスコンバータ１０は、図１（Ｂ）に示すように、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６を備えている。なお、図１（Ｂ）においては、スナバモジュールＳＭ３〜ＳＭ６はスナバモジュールＳＭ１、ＳＭ２と同様の構成であるために、図示を省略している。また、同図において、スナバモジュールＳＭ１、ＳＭ２の端子符号の横に示した括弧内の数字は、端子番号を表している。
図１（Ａ）に示すように、マトリクスコンバータ１０は、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３と、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３と、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ
Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）モジュール（半導体スイッチモジュールの一例）Ｑ１〜Ｑ９とを備え、モータＭを駆動することができる。また、マトリクスコンバータ１０は、図１（Ｂ）に示すように、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６を備えている。なお、図１（Ｂ）においては、スナバモジュールＳＭ３〜ＳＭ６はスナバモジュールＳＭ１、ＳＭ２と同様の構成であるために、図示を省略している。また、同図において、スナバモジュールＳＭ１、ＳＭ２の端子符号の横に示した括弧内の数字は、端子番号を表している。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、それぞれ、３相交流電源１１のＲ相、Ｓ相、及びＴ相の出力に対して直列に接続される。
コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の出力側にて、Ｒ相、Ｓ相及びＴ相に対してＹ結線（スター結線）される。第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３及びコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３により、入力フィルタが構成される。
コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、実際には、それぞれ複数のＡＣコンデンサが並列に接続されて構成される（図１（Ａ）においては詳細に示していない）。
コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、実際には、それぞれ複数のＡＣコンデンサが並列に接続されて構成される（図１（Ａ）においては詳細に示していない）。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の出力側に接続される。各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、例えば、樹脂モールドされた半導体双方向スイッチと、上部に設けられた周辺回路基板とを有している。ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の半導体双方向スイッチは、図示しない制御回路によってオン、オフが制御され、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の電圧が出力される。
スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６は、それぞれ例えば、Ａ１端子（１番端子）、Ｋ１端子（２番端子）、Ａ２端子（３番端子）、Ｋ２端子（４番端子）、Ａ３端子（５番端子）、Ｋ３端子（６番端子）により形成される端子群を介して、ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９に接続されている（図１（Ｂ）参照）。各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の内部には、半導体双方向スイッチのスイッチングにより発生するサージ電圧を吸収するためのスナバ回路を構成するためのダイオード及びコンデンサが複数設けられている。各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６は、更に、第１の端子の一例であるＮ端子（７番端子）及び第２の端子の一例であるＰ端子（８番端子）を介して、外部に設けられた放電回路（外部回路の一例）１４に接続される。
図２に示すように、マトリクスコンバータ１０の筐体１５内には、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、複数のＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１、ＣＭ１２、ＣＭ１３、ＣＭ２１、ＣＭ２２、ＣＭ２３、ＣＭ３１、ＣＭ３２、ＣＭ３３、複数のＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９、複数のスナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６、及び冷却ファン１７、１８（図５参照）が設けられている。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３、及びＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９はブスバー（銅バー）によって、電気的に接続される。
筐体１５の前後方向、左右方向及び上下方向の寸法は、それぞれ例えば、１１００〜１３００ｍｍ、６８０〜７１０ｍｍ、及び３５０〜４００ｍｍである。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３、及びＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９はブスバー（銅バー）によって、電気的に接続される。
筐体１５の前後方向、左右方向及び上下方向の寸法は、それぞれ例えば、１１００〜１３００ｍｍ、６８０〜７１０ｍｍ、及び３５０〜４００ｍｍである。
筐体１５内の後部には、第１の仕切り板２１が略水平に設けられている。筐体１５内の後部を除いた部分には、第２の仕切り板２２及び第２の仕切り板２２の右側に位置する第３の仕切り板２３が設けられている。第１〜３の仕切り板２１、２２、２３により、筐体１５の内部の空間は、部分的に上下に仕切られる。第１及び第３の仕切り板２１、２３と第２の仕切り板２２とは、それぞれ上下方向の位置が異なって設けられており、図７に示すように、第１の仕切り板２１は、第１の上下方向位置Ｈ１に設けられている。第２の仕切り板２２は、第１の上下方向位置Ｈ１よりも低い第２の上下方向位置Ｈ２に設けられている。第３の仕切り板２３は、第１の上下方向位置Ｈ１に設けられている。なお、第３の仕切り板２３は、第２の上下方向位置Ｈ２より高い位置であれば第１の上下方向位置Ｈ１とは異なる位置に設けられていてもよい。
更に、筐体１５内の後部を除いた部分には、筐体１５の底板２５から上方向に延び、筐体１５の内部の空間を部分的に左右に仕切る第４の仕切り板２４が設けられている（図７参照）。第４の仕切り板２４には、第２の仕切り板２２の右端部及び第３の仕切り板２３の左端部が結合されている。
更に、筐体１５内の後部を除いた部分には、筐体１５の底板２５から上方向に延び、筐体１５の内部の空間を部分的に左右に仕切る第４の仕切り板２４が設けられている（図７参照）。第４の仕切り板２４には、第２の仕切り板２２の右端部及び第３の仕切り板２３の左端部が結合されている。
次に、筐体１５内に収容された冷却ファン１７、１８、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３、ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９、及びスナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６について詳細に説明する。
冷却ファン１７、１８は、筐体１５の内部を冷却するための冷却風を発生することができる。発生した冷却風により、筐体１５内の熱は筐体１５の後方へ排出される。付言すると、マトリクスコンバータ１０の使用状態によっては、熱は上方向に排出される場合がある。図２に示すように、冷却ファン１７は、筐体１５内の後端部の上側に配置される。図５に示すように、冷却ファン１８は、冷却ファン１７の下側に配置される。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、第１の仕切り板２１に固定され、筐体１５の前後方向中央よりも後寄りに配置されている。また、図３に示すように、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、冷却ファン１７により発生する冷却風の流れ方向に対して、例えば７０〜１１０度の範囲で交差する方向に並んで配置されている。従って、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３には、冷却風が実質的に均等に当たるため、冷却効率が良好に維持される。なお、冷却風の流れ方向と、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の配置方向は、冷却効率が悪化して、より大きいサイズのＡＣリアクトルを選定しなくてもよい程度に交差していればよい。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は一体に構成されており、その前後方向、左右方向及び上下方向の寸法（端子部を除いた寸法）は、例えば、１２０〜１３０ｍｍ、３５０〜３７０ｍｍ、及び１８０〜２１０ｍｍである。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３には、前側に突出し、それぞれ上下に設けられた１番端子及び２番端子を有している（図３参照）。１番端子及び２番端子の先端には、それぞれブスバーを接続するための孔が形成されている。１番端子には、入力側（電源側）につながるブスバーが接続される。２番端子には、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３につながるブスバーが接続される。
第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３には、前側に突出し、それぞれ上下に設けられた１番端子及び２番端子を有している（図３参照）。１番端子及び２番端子の先端には、それぞれブスバーを接続するための孔が形成されている。１番端子には、入力側（電源側）につながるブスバーが接続される。２番端子には、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３につながるブスバーが接続される。
図１（Ａ）に示したコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、例えば図２及び図３に示すような９個のＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１、ＣＭ１２、ＣＭ１３、ＣＭ２１、ＣＭ２２、ＣＭ２３、ＣＭ３１、ＣＭ３２、ＣＭ３３により実現される。
各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の内部には、それぞれ、例えば３個のＡＣコンデンサが設けられている。このように、図１（Ａ）に示すコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、複数個のＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３に分割されて構成されているため、コンデンサの容量変更が容易である。例えば、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の容量をそれぞれ減らしたい場合には、対応するＡＣコンデンサモジュールが取り外される。
各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の内部には、それぞれ、例えば３個のＡＣコンデンサが設けられている。このように、図１（Ａ）に示すコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は、複数個のＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３に分割されて構成されているため、コンデンサの容量変更が容易である。例えば、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の容量をそれぞれ減らしたい場合には、対応するＡＣコンデンサモジュールが取り外される。
ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１、ＣＭ１２、ＣＭ１３は、第２の仕切り板２２に固定され、筐体１５の前側に配置されている。ＡＣコンデンサモジュールＣＭ２１、ＣＭ２２、ＣＭ２３は、第２の仕切り板２２に固定され、それぞれ、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１、ＣＭ１２、ＣＭ１３の後側に配置されている。ＡＣコンデンサモジュールＣＭ３１、ＣＭ３２、ＣＭ３３は、第２の仕切り板２２に固定され、それぞれ、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ２１、ＣＭ２２、ＣＭ２３の後側に配置されている。また、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ３１、ＣＭ３２、ＣＭ３３は、それぞれ、平面視して、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の前側に配置されている。
ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３はそれぞれ第２の仕切り板２２に固定されているため、第１の仕切り板２１に固定された第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３よりも低い位置に固定されている。そのため、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の前方かつＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の上方には空間が形成されている。
ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３はそれぞれ第２の仕切り板２２に固定されているため、第１の仕切り板２１に固定された第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３よりも低い位置に固定されている。そのため、第１〜第３のＡＣリアクトルＬ１、Ｌ２、Ｌ３の前方かつＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の上方には空間が形成されている。
各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の前後方向、左右方向及び上下方向の寸法（端子部を除いた本体部の寸法）は、それぞれ例えば、１７０〜２００ｍｍ、９０〜１１０ｍｍ、及び６５〜７０ｍｍである。
各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３は、上側に突出した１〜４番端子を有している（図３参照）。これら４つの端子のうち、１番端子は左側に設けられ、コンデンサの中性点Ｎ（図１（Ａ）参照）に接続される。２〜４番端子は右側に設けられ、それぞれ第１のＡＣリアクトルＬ１の２番端子（Ｒ相）、第２のＡＣリアクトルＬ２の２番端子（Ｓ相）、及び第３のＡＣリアクトルＬ３の２番端子（Ｔ相）に接続される。前述の各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の内部に設けられた３個のＡＣコンデンサは、一方の端子が共にＡＣコンデンサモジュールの１番端子に内部接続されており、他方の端子がそれぞれ２番端子、３番端子、及び４番端子に内部接続されている。
１〜４番端子の先端は内向きに折り曲げられ、それぞれブスバー３０（図７参照）を接続するためのねじ孔が形成されている。
各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３は、上側に突出した１〜４番端子を有している（図３参照）。これら４つの端子のうち、１番端子は左側に設けられ、コンデンサの中性点Ｎ（図１（Ａ）参照）に接続される。２〜４番端子は右側に設けられ、それぞれ第１のＡＣリアクトルＬ１の２番端子（Ｒ相）、第２のＡＣリアクトルＬ２の２番端子（Ｓ相）、及び第３のＡＣリアクトルＬ３の２番端子（Ｔ相）に接続される。前述の各ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の内部に設けられた３個のＡＣコンデンサは、一方の端子が共にＡＣコンデンサモジュールの１番端子に内部接続されており、他方の端子がそれぞれ２番端子、３番端子、及び４番端子に内部接続されている。
１〜４番端子の先端は内向きに折り曲げられ、それぞれブスバー３０（図７参照）を接続するためのねじ孔が形成されている。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、第３の仕切り板２３に固定され、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の右側に、前後方向に並んで配置されている。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９はそれぞれ第３の仕切り板２３に固定されているため、第２の仕切り板２２に固定されたＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の端子を除いた本体部よりも高い位置に固定されている。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９はそれぞれ第３の仕切り板２３に固定されているため、第２の仕切り板２２に固定されたＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の端子を除いた本体部よりも高い位置に固定されている。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の前後方向、左右方向及び上下方向の寸法は、それぞれ例えば、６０〜６５ｍｍ、１４０〜１５０ｍｍ、及び１５〜３０ｍｍである。
各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、平面視して、両側にそれぞれ２つのねじ端子を有している。詳細には、各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、平面視して、右側に１番端子及び２番端子、左側に３番端子及び４番端子を有している（図３参照）。各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の２番端子には、負荷側につながるブスバー２９（図７参照）及びスナバモジュールＳＭ２、ＳＭ４、ＳＭ６の端子が共締めされて接続される。４番端子には、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の端子から延びるブスバー３０及びスナバモジュールＳＭ１、ＳＭ３、ＳＭ５の端子が共締めされて接続される。なお、１番端子と３番端子は、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６にのみ接続される。ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９とスナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６との接続については、後に詳述する。
ここで、前述のように、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３及びＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、ぞれぞれ第２の仕切り板２２及び第３の仕切り板２３に設けられている。そのため、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の端子の先端部と接続されるＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の端子は、それぞれ実質的に同一の高さ位置にある。その結果、図７に示すように、ＡＣコンデンサモジュールの端子とＩＧＢＴモジュールの４番端子とを接続するブスバー３０は、前方向から見ると直線状となっている、この直線状のブスバー３０は、途中が厚み方向に折り曲げられていないため、インダクタンスが小さい。そのため、サージ電圧が抑制される。なお、「実質的に同一の高さ位置」とは、途中が厚み方向に折り曲げられていない直線状のブスバーにより、ＡＣコンデンサモジュールの端子及びＩＧＢＴモジュールの端子を接続できる程度のずれは許容される趣旨である。従って、例えば、５ｍｍ以下のずれは許容される。
各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、平面視して、両側にそれぞれ２つのねじ端子を有している。詳細には、各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、平面視して、右側に１番端子及び２番端子、左側に３番端子及び４番端子を有している（図３参照）。各ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の２番端子には、負荷側につながるブスバー２９（図７参照）及びスナバモジュールＳＭ２、ＳＭ４、ＳＭ６の端子が共締めされて接続される。４番端子には、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の端子から延びるブスバー３０及びスナバモジュールＳＭ１、ＳＭ３、ＳＭ５の端子が共締めされて接続される。なお、１番端子と３番端子は、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６にのみ接続される。ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９とスナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６との接続については、後に詳述する。
ここで、前述のように、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３及びＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９は、ぞれぞれ第２の仕切り板２２及び第３の仕切り板２３に設けられている。そのため、ＡＣコンデンサモジュールＣＭ１１〜ＣＭ３３の端子の先端部と接続されるＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の端子は、それぞれ実質的に同一の高さ位置にある。その結果、図７に示すように、ＡＣコンデンサモジュールの端子とＩＧＢＴモジュールの４番端子とを接続するブスバー３０は、前方向から見ると直線状となっている、この直線状のブスバー３０は、途中が厚み方向に折り曲げられていないため、インダクタンスが小さい。そのため、サージ電圧が抑制される。なお、「実質的に同一の高さ位置」とは、途中が厚み方向に折り曲げられていない直線状のブスバーにより、ＡＣコンデンサモジュールの端子及びＩＧＢＴモジュールの端子を接続できる程度のずれは許容される趣旨である。従って、例えば、５ｍｍ以下のずれは許容される。
ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の反対側となる第３の仕切り板２３の下側の面には、ヒートシンク３２が設けられている（図２、及び図７参照）。ヒートシンク３２により、ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９から発生した熱が放出される。ヒートシンク３２は、主として、冷却ファン１８によって冷却される。
スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６は、ＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９の左右両側に配置される。具体的には、３個のＩＧＢＴモジュールに対して、スナバモジュールが左右に１個ずつ、配置される。例えば、平面視してＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ３の左右には、スナバモジュールＳＭ１、ＳＭ２がそれぞれ配置される。
図４に示すように、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６は、直方体状をしている。なお、同図において、各端子に示した番号は端子番号を示している。各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の端子群の１番〜６番端子は、それぞれ下部角部（第１の角部の一例）から下側に突出して設けられている。各端子の先端部は、外側に折り曲げられている。また、ブスバーと共締めされることによりＩＧＢＴモジュールの端子（２番、４番端子）に固定される端子の下側に突出した長さは、ブスバーと共締めされずにＩＧＢＴモジュールの端子（１番、３番端子）に固定される端子の下側に突出した長さよりも短く形成されている（図９参照）。これにより、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の各端子の固定面の高さの不揃いが吸収される。
スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の７番、８番端子は、それぞれ端子群が突出する位置とは異なる上角部（第２の角部の一例）から、１番〜６番端子の先端が折り曲げられた方向に突出して設けられている。また、この７番、８番端子は、平面視して各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の長手方向中央部に設けられている。７番、８番端子には、後述するラミネートブスバー４０を固定するための、ねじ孔が形成されている。
スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の７番、８番端子は、それぞれ端子群が突出する位置とは異なる上角部（第２の角部の一例）から、１番〜６番端子の先端が折り曲げられた方向に突出して設けられている。また、この７番、８番端子は、平面視して各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の長手方向中央部に設けられている。７番、８番端子には、後述するラミネートブスバー４０を固定するための、ねじ孔が形成されている。
次に、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の固定について詳細に説明する。
前述の通り、各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６は、端子群（１番〜６番端子）を介して、ＩＧＢＴモジュールに接続される。
具体的には、スナバモジュールＳＭ１の１番端子及び２番端子が、ＩＧＢＴモジュールＱ３の３番端子及び４番端子にそれぞれ接続される。スナバモジュールＳＭ１の３番端子及び４番端子が、ＩＧＢＴモジュールＱ２の３番端子及び４番端子にそれぞれ接続される。スナバモジュールＳＭ１の５番端子及び６番端子が、ＩＧＢＴモジュールＱ１の３番端子及び４番端子にそれぞれ接続される。
前述の通り、各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６は、端子群（１番〜６番端子）を介して、ＩＧＢＴモジュールに接続される。
具体的には、スナバモジュールＳＭ１の１番端子及び２番端子が、ＩＧＢＴモジュールＱ３の３番端子及び４番端子にそれぞれ接続される。スナバモジュールＳＭ１の３番端子及び４番端子が、ＩＧＢＴモジュールＱ２の３番端子及び４番端子にそれぞれ接続される。スナバモジュールＳＭ１の５番端子及び６番端子が、ＩＧＢＴモジュールＱ１の３番端子及び４番端子にそれぞれ接続される。
また、スナバモジュールＳＭ２の１番端子及び２番端子が、ＩＧＢＴモジュールＱ１の１番端子及び２番端子にそれぞれ接続される。スナバモジュールＳＭ２の３番端子及び４番端子が、ＩＧＢＴモジュールＱ２の１番端子及び２番端子にそれぞれ接続される。スナバモジュールＳＭ２の５番端子及び６番端子が、ＩＧＢＴモジュールＱ３の１番端子及び２番端子にそれぞれ接続される。
スナバモジュールＳＭ３、ＳＭ５は、それぞれＩＧＢＴモジュールＱ４〜Ｑ６、Ｑ７〜Ｑ９に対して、スナバモジュールＳＭ１と同様に接続される。
スナバモジュールＳＭ４、ＳＭ６は、それぞれＩＧＢＴモジュールＱ４〜Ｑ６、Ｑ７〜Ｑ９に対して、スナバモジュールＳＭ２と同様に接続される。
一方、図５及び図６に示すように、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の７番端子は、互いにラミネートブスバー４０によって接続される。また、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の８番端子も、互いにラミネートブスバー４０によって接続される。
ここで、ラミネートブスバー４０について説明する。
ラミネートブスバー４０は、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１のブスバー４１、絶縁体４３及び第２のブスバー４２が順に積層されて形成されている。
第１のブスバー４１は、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の７番端子を互いに接続する。第１のブスバー４１は、端部を除くと平板状の銅板であり、両辺に、幅方向外側に突出する３つの突起部４５をそれぞれ有している。これら突起部４５には、孔が形成され、第１のブスバー４１は、この孔を用いて各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の７番端子とそれぞれねじ接続される。
第２のブスバー４２は、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の８番端子を互いに接続する。第２のブスバー４２は、端部を除くと平板状の銅板であり、両辺に、幅方向外側に突出する３つの突起部４６をそれぞれ有している。これら突起部４６には、孔が形成され、第２のブスバー４２は、この孔を用いて各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の８番端子とそれぞれねじ接続される。
絶縁体４３は、第１のブスバー４１と第２のブスバー４２との短絡を防止する。この絶縁体４３は、例えば、アラミド紙である。
ここで、ラミネートブスバー４０について説明する。
ラミネートブスバー４０は、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、第１のブスバー４１、絶縁体４３及び第２のブスバー４２が順に積層されて形成されている。
第１のブスバー４１は、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の７番端子を互いに接続する。第１のブスバー４１は、端部を除くと平板状の銅板であり、両辺に、幅方向外側に突出する３つの突起部４５をそれぞれ有している。これら突起部４５には、孔が形成され、第１のブスバー４１は、この孔を用いて各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の７番端子とそれぞれねじ接続される。
第２のブスバー４２は、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の８番端子を互いに接続する。第２のブスバー４２は、端部を除くと平板状の銅板であり、両辺に、幅方向外側に突出する３つの突起部４６をそれぞれ有している。これら突起部４６には、孔が形成され、第２のブスバー４２は、この孔を用いて各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の８番端子とそれぞれねじ接続される。
絶縁体４３は、第１のブスバー４１と第２のブスバー４２との短絡を防止する。この絶縁体４３は、例えば、アラミド紙である。
スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の７番端子の先端部に形成されたラミネートブスバー４０の接続用ねじ孔は、８番端子のねじ孔よりも第１のブスバー４１の厚みに相当する分だけ高い位置に形成されている。そのため、各スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の７番、８番端子間は、厚み方向に折り曲げられていない平板状のラミネートブスバー４０により接続される。その結果、配線インダクタンスが低減され、サージ電圧が抑制される。なお、第１及び第２のブスバー４１、４２の積層位置を上下逆にし、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の７番端子と８番端子の高さ位置の関係を逆にすることもできる。
スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６は、筐体１５の前側から見ると、図７に示すように固定される。即ち、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６は、下角部にて、１番〜６番端子によって固定される。
またスナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６は、上角部にて、７番、８番端子に接続されたラミネートブスバー４０を介して互いに固定される。従って、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６が１〜６番端子のみによって固定される場合よりも、耐振動性能が向上し、１〜６番端子の折損が防止される。また、ラミネートブスバー４０を接続するだけで、電気的な接続と機械的な固定がされるので、マトリクスコンバータ１０の組み立てが簡略化される。
またスナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６は、上角部にて、７番、８番端子に接続されたラミネートブスバー４０を介して互いに固定される。従って、スナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６が１〜６番端子のみによって固定される場合よりも、耐振動性能が向上し、１〜６番端子の折損が防止される。また、ラミネートブスバー４０を接続するだけで、電気的な接続と機械的な固定がされるので、マトリクスコンバータ１０の組み立てが簡略化される。
更に、下側に設けられたＩＧＢＴモジュールＱ１〜Ｑ９、左右に設けられたスナバモジュールＳＭ１〜ＳＭ６、及び上側に設けられたラミネートブスバー４０により、筐体１５の前部から後部へと延びる空間Ａが形成される（図９参照）。この空間Ａを冷却ファン１７によって発生した冷却風が筐体１５の前方から後方へと抜けるため、ＩＧＢＴモジュールＳＭ１〜ＳＭ６にて発生した熱が排出される。ＩＧＢＴモジュールＳＭ１〜ＳＭ６は、ヒートシンク３２のみならず、空間Ａを抜ける冷却風によっても冷却されるので、ＩＧＢＴモジュールＳＭ１〜ＳＭ６の冷却効率が、更に向上する。
なお、図９において、ラミネートブスバー４０の絶縁体４３は省略して描いている。
なお、図９において、ラミネートブスバー４０の絶縁体４３は省略して描いている。
なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述のそれぞれ実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
スナバモジュールの端子群、並びに第１の端子及び第２の端子が設けられる場所は前述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、端子群がスナバモジュールの一の面の中央部から突出してＩＧＢＴモジュールに固定され、第１の端子、及び第２の端子が他の面の中央部から突出してラミネートブスバーにより互いに固定されてもよい。即ち、スナバモジュールの端子群が半導体スイッチモジュールに固定され、この端子群とは異なる位置に設けられた第１の端子及び第２の端子がそれぞれ第１のブスバー及び第２のブスバーにより互いに固定されれば、スナバモジュールが端子群だけで固定される場合よりも、スナバモジュールの耐振動性能が向上する。
１０：マトリクスコンバータ、１１：３相交流電源、１４：放電回路、１５：筐体、１７：冷却ファン、１８：冷却ファン、２１：第１の仕切り板、２２：第２の仕切り板、２３：第３の仕切り板、２４：第４の仕切り板、２５：底板、２９、３０：ブスバー、３２：ヒートシンク、４０：ラミネートブスバー、４１：第１のブスバー、４２：第２のブスバー、４３：絶縁体、４５、４６：突起部、Ｍ：モータ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：ＡＣリアクトル、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３：コンデンサ、ＣＭ１１、ＣＭ１２、ＣＭ１３、ＣＭ２１、ＣＭ２２、ＣＭ２３、ＣＭ３１、ＣＭ３２、ＣＭ３３：ＡＣコンデンサモジュール、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ８、Ｑ９：ＩＧＢＴモジュール、ＳＭ１、ＳＭ２、ＳＭ３、ＳＭ４、ＳＭ５、ＳＭ６：スナバモジュール
Claims (4)
- 半導体双方向スイッチがそれぞれ設けられた複数の半導体スイッチモジュールと、
前記半導体双方向スイッチのスイッチングにより発生するサージ電圧を抑制するための複数のコンデンサ及び複数のダイオードがそれぞれ設けられた複数のスナバモジュールと、
第１のブスバー、絶縁体、及び第２のブスバーが順に積層され、厚み方向に折り曲げられていない平板状のラミネートブスバーと、を備え、
前記各スナバモジュールは、外側に突出する端子群並びに該端子群とは異なる位置から突出し、外部に設けられた外部回路に接続するための第１及び第２の端子を有し、
前記端子群の端子が、対応する前記半導体スイッチモジュールの端子に接続され、
前記複数のスナバモジュールの第１の端子同士が互いに前記第１のブスバーを介して接続され、
前記複数のスナバモジュールの第２の端子同士が互いに前記第２のブスバーを介して接続されるマトリクスコンバータ。 - 請求項１記載のマトリクスコンバータにおいて、
前記端子群は、前記スナバモジュールの第１の角部から突出し、
前記第１及び第２の端子は、前記第１の角部よりも高い位置にある第２の角部から突出するマトリクスコンバータ。 - 請求項２記載のマトリクスコンバータにおいて、
前記スナバモジュールの端子群は、先端部が外側に折り曲げられた６つの端子を有し、該端子はそれぞれ、該スナバモジュールの前記第１の角部から下方向へ突出し、
前記各半導体スイッチモジュールは、両側にそれぞれ２つのねじ端子を有し、
平面視して３個並んで配置された前記半導体スイッチモジュールの両側に、それぞれ１個の前記スナバモジュールが対向して配置され、前記スナバモジュールの前記端子群のうちの２つの端子が、前記半導体スイッチモジュールの片側の２つの端子に固定されるマトリクスコンバータ。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載のマトリクスコンバータにおいて、
前記絶縁体は、アラミド紙であるマトリクスコンバータ。
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