JPH1098887A - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH1098887A
JPH1098887A JP8250532A JP25053296A JPH1098887A JP H1098887 A JPH1098887 A JP H1098887A JP 8250532 A JP8250532 A JP 8250532A JP 25053296 A JP25053296 A JP 25053296A JP H1098887 A JPH1098887 A JP H1098887A
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circuit conductor
smoothing capacitor
converter
insulating substrate
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JP8250532A
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Seiji Komatsu
清次 小松
Nobuyoshi Muto
信義 武藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線作業の簡略化、誤配線の絶無化、かつ高
調波ノイズの低減を図り、さらにメンテナンスを容易に
できる電力変換装置を提供する。 【解決手段】 非回生型のダイオードモジュール４(又
は回生制御型の順変換器３)、平滑コンデンサ５、逆変
換器９、ダイオードモジュール４(又は順変換器３)と平
滑コンデンサ５間に設けた初期電流抑制抵抗６、抵抗６
と並列接続する電磁接触器８、逆変換器９の出力電力を
負荷減少時に消費させる発電制動抵抗(図示なし)とを備
える電力変換装置で、各部品（４又３、６、８、５、
９)を接続する主回路導体は、各部品の＋端子、−端子
に接続する主回路導体Ｐと主回路導体Ｎとの間に絶縁部
材Ｑを介在させてそれぞれ一体基板１２に接してパター
ン化して形成し、主回路導体のパターンを各部品端子に
接続することにより一体基板１２を固定したものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換装置の実
装技術に係り、特にこの装置を構成する順変換器、平滑
コンデンサー、抵抗、逆変換器等の配線作業の簡略化
と、主回路配線からの高調波ノイズの低減を図るに好適
な電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、電力用変換装置を構成する順
変換器、逆変換器等の主回路配線には、バスバー(銅板
状の導体)を用いている。このバスバーによる配線は、
電力変換装置の主回路電装品(平滑コンデンサ、電磁接
触器、初期電流抑制抵抗、スイッチング素子等)の大き
さがそれぞれ異なり、かつ、各バスバーが接触しないよ
う配線するため、形状の異なるバスバーを一つ一つ切削
加工、プレス曲げ加工等により製作し、複雑な形状のバ
スバーを立体的に各電装品間に、手作業で接続配線しな
けれならない。
【０００３】他の先行技術としては、特公平７−８５６
５９号公報に記載の技術がある。この技術は、交流を直
流に変換するダイオードモジュール、直流を交流に変換
するトランジスタモジュール、直流平滑用コンデンサ、
３相電源側端子及び３相負荷側端子、トランジスタモジ
ュールを駆動するベースドライブ回路のプリント基板、
及び制御素子を配設した制御プリント板からなるインバ
ータ装置において、ダイオードモジュール、トランジス
タモジュール及びコンデンサの各端子と電源側、負荷側
端子の高さが同一平面上にあるように配置し、各端子間
を接続する複数の接続パターンを絶縁体で一体化した主
回路配線板を設け、主回路配線板と各端子を直接接続し
たものである。
【０００４】また、他の先行技術としては、特開昭６２
−２１７８８５号公報に記載の技術がある。この技術
は、回生制御を行うパッケージ化された順変換器と電動
機駆動用の可変電圧可変周波数を出力する逆変換器を具
備する制御装置であって、逆変換器は、順変換器のトラ
ンジスタ及びダイオードと同一特性で、かつ順変換器と
同一パッケージで構成したものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換装置の
主回路配線は、多数のバスバーを配線するため、バスバ
ー製作に多数の切削加工、プレス曲げ加工を必要とし、
また配線作業に時間がかかり、さらに誤配線有無の確認
にも時間がかかる等の問題がある。
【０００６】他方、特公平７−８５６５９号記載の技術
を用いて実際の駆動を行うには、ダイオードモジュール
と平滑コンデンサ間に、電源投入時に平滑コンデンサへ
過大な充電電流（突入電流）が流入するのを防ぐための
抵抗と、平滑コンデンサ充電後にこの抵抗の両端端子間
を短絡させる電磁接触器とを別に設置しなければなら
ず、この抵抗及び電磁接触器と主回路配線板との間の主
回路配線作業を別に行わなければならない。さらに負荷
側の電力(誘導電動機等の減速時に生じる電力)を消費す
るための発電制動用抵抗は大型で発熱するため、電力変
換装置外に設置している。そのため、発電制動用抵抗の
設置スペースの確保と電力変換装置〜発電制動用抵抗間
の配線作業も行わなければならない。
【０００７】したがって、電力変換装置の主回路の全て
を一体化した主回路配線板の取付け作業のみを行い、そ
れ以外の主回路配線作業を全廃するという思想を未だ生
かされない問題がある。更に、トランジスタモジュール
を駆動するベースドライブ回路、及び順変換器のＰＷＭ
制御（パルス幅変調制御）を行うマイコン、及びマイコ
ン周辺回路（制御回路）等に供給する電源回路部を別設
しているため、トランジスタモジュールとベースドライ
ブ回路間の電線配線作業も行わなければならず、かつベ
ースドライブ回路の別設スペースの確保、並びにマイコ
ン等に供給する電源部を別設するスペースも確保する必
要がある。
【０００８】又、主回路配線板には、トランジスタのス
イッチングにより生ずる、主回路配線板の導体に流れる
高周波な高調波成分による、放出ノイズの低減対策も考
慮されていないという問題点もある。
【０００９】更に電力変換器の低騒音化のためトランジ
スタモジュールより高周波スイッチングが可能なＩＧＢ
Ｔ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、又はＩＰＭ
（インテリジェントパワーモジュール：ＩＧＢＴ素子と
その駆動回路、及び保護回路を内蔵したモジュール）等
の採用が多くなってきている。しかし、電力変換器にこ
れらの高周波スイッチング素子を採用した場合、高調
波、及び放射ノイズが増すため、トランジスタ素子採用
時以上の高調波、及び放射ノイズに対する低減対策の必
要性が強く望まれているが、特公平７−８５６５９号に
記載の技術では、対応出来ないと云う欠点がある。
【００１０】また、ダイオードモジュールでは、回生制
御の必要性が生じたとき、大幅な改造作業無しに、回生
制御が可能な順変換器に変更出来ないという問題点があ
る。
【００１１】一方、特開昭６２−２１７８８５号公報に
記載の技術に於いても、上記特公平７−８５６５９号に
記載の技術と同様に、全く同じ問題点を内包している。
【００１２】本発明の目的は、以上のような問題点を解
決するためになされたもので、電力変換装置の配線作業
の簡略化を図ると共に誤配線を絶無化し、かつ高調波ノ
イズの低減を図ることができる、信頼性の高い電力変換
装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の電力変換装置は、交流を直流に変換
するダイオードモジュールと、このダイオードモジュー
ルの出力を平滑化する平滑コンデンサと、この平滑コン
デンサから得られた直流電圧を交流の可変電圧、可変周
波数に変換し負荷に供給する逆変換器と、ダイオードモ
ジュールと平滑コンデンサとの間に設けた初期電流抑制
抵抗と、この初期電流抑制抵抗と並列接続する電磁接触
器と、逆変換器の出力電力を負荷減少時に消費させる発
電制動抵抗とを具備する装置において、ダイオードモジ
ュール、初期電流抑制抵抗、電磁接触器、平滑コンデン
サ、逆変換器である各部品を接続する主回路導体を一つ
の絶縁性基板上に設け、この主回路導体は各部品のプラ
ス端子に接続するプラス側主回路導体と、各部品のマイ
ナス端子に接続するマイナス側主回路導体とからなり、
かつ、プラス側主回路導体とマイナス側主回路導体との
間に絶縁部材を介在させてそれぞれ絶縁性基板に接して
パターン化して形成し、主回路導体のパターンを各部品
の端子に接続することにより絶縁性基板を固定したこと
を特徴とするものである。このように主回路導体をパタ
ーン配線にすることにより配線作業の簡略化を図ること
ができる。
【００１４】なお、上記第１の電力変換装置におけるダ
イオードモジュール、初期電流抑制抵抗、電磁接触器、
平滑コンデンサ、逆変換器である各部品を接続する主回
路導体、すなわち(1)プラス側主回路導体と、マイナス
側主回路導体とを、それらの間に絶縁部材を介在させて
それぞれ絶縁性基板上に接してパターン化し、一つの絶
縁性基板上に形成した主回路導体に代えて、(2)絶縁性
基板内部に、プラス側主回路導体とマイナス側主回路導
体とを絶縁性壁を介して近接させてパターン化して埋設
してなる主回路導体を、あるいは(3)プラス側主回路導
体及びマイナス側主回路導体の一方を絶縁性基板上面
に、他方を絶縁性基板下面に互いに相対してパターン化
して形成した主回路導体を、あるいは(4)プラス側主回
路導体とマイナス側主回路導体とをそれら導体間に絶縁
部材を介在させて絶縁性基板上に積層してパターン化し
て形成した主回路導体を用いてもよい。
【００１５】(1)〜(4)の主回路導体は、いずれもプラス
側主回路導体とマイナス側主回路導体間に絶縁性部材ま
たは絶縁性壁の誘電材を介在させて、コンデンサ構造と
なるため、主回路導体を流れる電流のうち高調波電流が
低減されるとともに、主回路から放射されるノイズが低
減される。
【００１６】また、絶縁性基板上に逆変換器を駆動する
ゲートドライブ回路及びゲートドライブ電源部を設け
る、あるいは、さらに逆変換器の入力側の電圧を検出す
る電圧検出器を設けて、主回路導体とともにパターン配
線をすることが好ましい。これにより、一層、配線作業
を簡略にすることができる。
【００１７】また、本発明の第１の電力変換装置におい
て、ダイオードモジュール、平滑コンデンサ、逆変換
器、電磁接触器及び発電制動抵抗を風道内に配置し、か
つダイオードモジュール及び逆変換器を一つの冷却に取
付け、発電制動抵抗を別の冷却フィンに取付け、この風
道の頂部を絶縁性基板で覆うように構成するのが好まし
い。これにより発熱の大きい発電制動抵抗をダイオード
モジュール、平滑コンデンサ、逆変換器等と一緒に設置
でき、装置の小型化を図ることができる。
【００１８】また、本発明の第２の電力変換装置は、交
流を直流に変換する回生制御型の順変換器と、該順変換
器の出力を平滑化する平滑コンデンサと、この平滑コン
デンサから得られた直流電圧を交流の可変電圧、可変周
波数に変換し負荷に供給する逆変換器と、順変換器と平
滑コンデンサ間に設けた初期電流抑制抵抗と、この初期
電流抑制抵抗と並列接続する電磁接触器とを具備する装
置において、順変換器、初期電流抑制抵抗、電磁接触
器、平滑コンデンサ、逆変換器である各部品を接続する
主回路導体を一つの絶縁性基板上に設け、この主回路導
体は各部品のプラス端子に接続するプラス側主回路導体
と、各部品のマイナス端子に接続するマイナス側主回路
導体とからなり、かつプラス側主回路導体とマイナス側
主回路導体間に絶縁部材を介在させてそれぞれ絶縁性基
板に接してパターン化して形成し、主回路導体のパター
ンを各部品の端子に接続することによって絶縁性基板を
固定したことを特徴とするものである。このように主回
路導体をパターン配線にすることにより配線作業の簡略
化を図ることができる。
【００１９】ところで第２の電力変換装置は、回生制御
型の順変換器が備えている点で、非回生型のダイオード
モジュールを備えた上記第１の電力変換装置と相違す
る。第２の電力変換装置では、負荷減少時の逆変換器の
出力を、順変換器の交流電源側に戻せるため、第１の電
力変換装置が有する発電制動抵抗は不要となる。
【００２０】上記第２の電力変換装置において、順変換
器、初期電流抑制抵抗、電磁接触器、平滑コンデンサ、
逆変換器である各部品を接続する主回路導体は、プラス
側主回路導体と、マイナス側主回路導体とを、それらの
間に絶縁部材を介在させてそれぞれ絶縁性基板上に接し
てパターン化し、一つの絶縁性基板上に形成したもの
で、これは第１の電力変換装置における(1)の主回路導
体と同じ構成である。そして(1)の主回路導体に代え
て、上記第１の電力変換装置における(2)絶縁性基板内
部にパターン化して埋設してなる主回路導体を、あるい
は(3)絶縁性基板上下面にパターン化して形成した主回
路導体を、あるいは(4)絶縁性基板上に積層してパター
ン化して形成した主回路導体を用いてもよい。上記のよ
うに、(1)〜(4)の主回路導体は、コンデンサ構造となる
ため、主回路導体を流れる高調波電流が低減されるとと
もに、主回路から放射されるノイズが低減される。
【００２１】また絶縁性基板上に順変換器及び逆変換器
を駆動するそれぞれのゲートドライブ回路とそれぞれの
ゲートドライブ電源部とを設ける、あるいは、さらに順
変換器出力側の電圧を検出する電圧検出器と、逆変換器
の入力側の電圧を検出する電圧検出器を設けて、主回路
導体とともにパターン配線をすることが好ましい。これ
により、一層、配線作業を簡略にすることができる。
【００２２】また、本発明の第３の電力変換装置は、ダ
イオードモジュール又は回生制御可能な順変換器と、平
滑コンデンサと、逆変換器と、初期電流抑制抵抗と、電
磁接触器と、発電制動抵抗とを具備する装置において、
ダイオードモジュール又は回生制御可能な順変換器、電
磁接触器、平滑コンデンサ、逆変換器及び発電制動抵抗
である各部品を風道内に配設し、各部品を接続する主回
路導体を一つの絶縁性基板上にパターン化し、この絶縁
性基板で風道を覆い各部品の端子に主回路導体パターン
を接続することにより絶縁性基板を固定し、かつダイオ
ードモジュール又は回生制御可能な順変換器を風道の同
一領域に選択的に配設し、絶縁性基板上ダイオードモジ
ュールおよびは回生制御可能な順変換器それぞれの主回
路導体のパターンを含むことを特徴とするものである。
【００２３】また本発明の第４の電力変換装置は、回生
制御型の順変換器と、平滑コンデンサと、逆変換器と、
初期電流抑制抵抗と、電磁接触器とを具備する装置にお
いて、順変換器を、一つの絶縁性基板上に配置した複数
の可変制御順変換素子と該一つの絶縁性基板上にパター
ン化して形成し順変換素子間を接続する主回路導体とか
ら構成し、更に逆変換器を、別の絶縁性基板上に配置し
た複数の可変制御逆変換素子と該別の絶縁性基板上にパ
ターン化して形成し逆変換素子間を接続する主回路導体
とから構成したことを特徴とするものである。なお、本
発明の第３、第４の電力変換装置を構成する部品の機能
または設置位置は、第１、第２の電力変換装置のそれと
同じである。
【００２４】
【発明の実施の形態】一般的な電力変換装置は、交流を
直流に変換する順変換器(一般的にはコンバータとい
う)、順変換器が出力した直流を平滑にする平滑コンデ
ンサ、平滑な直流を可変電圧・可変周波数に変換する逆
変換器(一般的にはインバータという)等の各種電装品
と、これら電装品を接続する主回路導体と、各種変換器
を駆動制御する制御手段と、これらの電装品を冷却する
冷却手段(冷却フィン、ファン、風道等で構成)とで構成
されている。
【００２５】以下、本発明の実施の形態１を図１〜図６
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態１の電
力変換装置を構成する各種電装品の配置図、図２は風道
内における主回路電装品の配置図、図３は主回路電装品
の主回路導体を形成した一体基板を示す平面図、図４は
回生制御型の順変換器と非回生型のダイオードモジュー
ルの配置を説明する図、図５は順変換器とダイオードモ
ジュールの交換を説明する回路構成図、図６は主回路を
形成する導体の構造を説明する図である。なお、各図に
おいて、同じもの及び同じ機能を有するものは同じ符号
を付した。
【００２６】主に図５において、１は主回路の三相交流
電源、２は入力電線である。３は回生制御型の順変換器
であり、ＩＧＢＴやＩＰＭ、又はパワートランジスタ等
の可変制御素子で構成され、三相交流１を直流に変換す
ると共に直流側の電圧がある規定値を越えると三相交流
電源１側に負荷側で生じた電力を回生する。４は全波整
流を行うダイオードモジュール(非回生型の順変換装置)
で、３相交流電源１側に電力を回生しない比較的負荷容
量が少ない場合に用いる。順変換器３を取り付けて用い
る場合はダイオードモジュール４を取外し、逆にダイオ
ードモジュール４を採用する場合、順変換器３を取り外
す。
【００２７】５は平滑コンデンサで、順変換器３又はダ
イオードモジュール４で整流された直流電圧を平滑す
る。６は初期電流抑制抵抗で、電源投入初期に平滑コン
デンサ５へ流れる非常に大きな充電電流を抑制する抵抗
であり、この抵抗６は基板(図１参照)上に搭載又は基板
下面に配設する。
【００２８】７は電磁接触器で、平滑コンデンサ５の充
電後に初期電流抑制抵抗６の両端子を短絡する。８は放
電抵抗で、電力変換装置の運転を停止するとき、または
装置の点検のため三相交流電源１を切ったときに平滑コ
ンデンサ５の充電電圧を早く放電させる。９は逆変換器
で、平滑コンデンサ５で平滑された直流電圧を可変電
圧、可変周波数に変換する可変制御素子(可変制御素子
はＩＧＢＴやＩＰＭまたはパワートランジスタ、ＧＴＯ
等、ゲートまたはベースで制御されるパワースイッチン
グ素子である)で構成する。１０はスイッチング素子
で、負荷側の電力を発電制動抵抗１１で消費させる際に
作動させる素子であり、ダイオードモジュール４を採用
した回路に用い、電源側に電力を回生せずに発電制動抵
抗１１で消費させる。
【００２９】なお、スイッチング素子１０は逆変換器９
と同じモジュールの中に内蔵したモジュールを採用した
場合である。したがって、逆変換器９は本来の逆変換器
用の可変制御素子の６つの素子と、スイッチング素子１
０の１つの素子で構成されたモジュールであり、逆変換
器９と順変換器３又はダイオードモジュール４は同じ冷
却フィン（図１参照）上に設けている。
【００３０】つづいて、Ｐは基板上に設けられた主回路
の＋側導体(以後、主回路導体Ｐと称する)、Ｎは基板上
に設けられた主回路の−側導体(以後、主回路導体Ｎと
称する)であり、主回路導体Ｐと主回路導体Ｎは、図３
に示すように、隣合わせで平行させて配設する。ここで
Ｑは主回路導体Ｐと主回路導体Ｎの間に導体と密着して
設けられた高誘電率の絶縁材である。主回路導体Ｐ及び
主回路導体Ｎは、順変換器３又はダイオードモジュール
４、平滑コンデンサ５、初期電流抑制抵抗６、電磁接触
器７並びに逆変換器９それぞれの入出力端子を基板上で
接続配線する導体である。
【００３１】図３中、１２は一体基板で、該一体基板１
２上に主回路導体Ｐ，Ｎが形成されていると共に、初期
電流抑制抵抗６と、順変換器３、逆変換器９を駆動する
回路(ゲートドライブ回路又はベースドライブ回路)と、
直流電圧検出回路と、制御電源部とが一体化配線して搭
載されている。この一体基板１２上に入力電線２から逆
変換器９の出力電線１３まで接続する主回路導体Ｐ，Ｎ
が形成されている。図５中、１４は誘導電動機で、逆変
換器９の出力である可変電圧、可変周波数により駆動さ
れるものであり、図３下部に示す接続線１５は、順変換
器３の代わりにダイオードモジュール４を用いた場合
に、発電制動抵抗１１と逆変換器９内蔵のスイッチング
素子１０とを接続するためのものである。回生制御型の
順変換器３を用いた場合には発電制動抵抗１１を必要と
しないため、スイッチング素子１０を常にＯＦＦ状態に
しておくか又は接続線１５を取外し、電気的又は物理的
に発電制動抵抗１１を電力変換装置よりカットしてお
く。
【００３２】図１〜図２により冷却手段(冷却フィン、
冷却ファン、風道等)の構成、及び電力変換装置の全体
構成について説明する。図１、２は順変換器３を用いた
電力変換装置を示すが、仕様により順変換器３の代わり
にダイオードモジュール４を選択する場合には、ダイオ
ードモジュール４を順変換器３とほぼ同じ位置に設け
る。
【００３３】１６は風道で、その内部に電力変換装置の
主回路電装品のうち比較的大型の電装品を配置する。こ
の風道１６内の電装品は、一体基板１２を風道１６上に
セットしたとき、当然ながら一体基板１２上の主回路導
体Ｐ，Ｎの接続端子(一体基板１２の貫通穴端子部)と各
電装品の入出力端子が一致するように配置する。
【００３４】風道１６内に設けられた冷却フィン１７
は、順変換器３又はダイオードモジュール４、及び逆変
換器９を搭載し、また冷却フィン１８は発電制動抵抗１
１を搭載する。１９は風道１６に設けられた冷却風２０
の吸込み口、２１は冷却ファンであり、この冷却ファン
２１により起こされた冷却風２０は冷却風吸込み口１９
より流入し、変換器冷却用冷却フィン１７〜平滑コンデ
ンサ５〜発電制動抵抗１１及び発電制動抵抗用冷却フィ
ン１８の順に冷却し、冷却ファン２１により排出され
る。
【００３５】このように冷却手段を構成し、発電制動時
に発電制動抵抗１１の発熱により生じる最高温度を、順
変換器３(又はダイオードモジュール４)、逆変換器９の
それぞれの可変制御素子の耐用温度以下になるよう冷却
風量及び冷却フィン表面積を設定し、冷却風２０で強制
冷却することにより、発電制動抵抗１１の小形化(抵抗
容量の低減)を図れるため、従来では電力変換装置外に
設置していた発電制動抵抗１１を風道１６内に設けるこ
とができる。これにより、電力変換装置内に発電制動抵
抗１１も含めて一体化できるため、発電制動抵抗１１を
別設する必要が無く、発電制動抵抗１１も含めた装置全
体として小形化を図ることができる。
【００３６】又、両変換器用冷却フィン１７と発電制動
抵抗用冷却フィン１８とをそれぞれ別に設けた理由は、
一つの大きな冷却フィンにまとめて取付け一ヶ所に配置
するより、別けた方がフィン一つ一つが小型のため、風
道１６内配置の配置自由度が高いためである。
【００３７】風道１６上に、該風道１６の天井を形成す
るように設置された一体基板１２は、風道１６出口側で
支持棒２２により支持され、入口側では変換器３、逆変
換器９の入出力端子により、中間では平滑コンデンサ５
の入出力端子により支持されている。変換器３、逆変換
器９および平滑コンデンサ５は支持手段として兼用され
ている。
【００３８】図２中、ＣＴaは順変換器３に入力する三
相交流電流を計測する電流検出器で、ＣＴbは逆変換器
９の出力電流を計測する電流検出器であり、そして電流
検出器ＣＴaの検出値は順変換器３の制御に、電流検出
器の検出値は変換器３制御のために用いられる。
【００３９】図１中、２３は制御基板であり、制御基板
２３上には、順変換器３、及び逆変換器９を制御するマ
イコン(図示せず)等が設けられている。制御基板２３は
一体基板１２上方に設置されており、両基板はコネクタ
２５a、信号線２４、２５bにより接続されている。マイ
コンは電流検出器ＣＴa、ＣＴbの各検出値、及び後述す
る図５に示すモータの実速度、速度指令(図示せず)等の
データを入力し、このデータを基に各種の演算処理を行
い、ＰＷＭ制御信号を各変換器３、９に出力する。制御
基板２３及び一体基板１２はカバー２６で覆われてお
り、中でも制御基板２３はカバー２６の内壁から張出し
たフランジ上に取り付けられている。
【００４０】つづいて、本発明の一体基板１２の詳細な
構成を説明するが、その前に一般的な基板について述べ
る。一般的な基板の導体パターンは３５ミクロン厚が多
く用いられているが、電流容量の増加により、最近で
は、数百ミクロン厚の導体パターンも用いられ、更に、
数十ミクロン厚の導体パターン上に、大電流用にバスバ
ー形状の導体をクリーム半田を用いて配設する方法も実
用化されている。
【００４１】ここで、図３と図４を用いて本発明の一体
基板１２の詳細な構成について説明する。図４は冷却フ
ィンベース１７上に配置する順変換器３とダイオードモ
ジュール４の位置関係を示す図である。Ｒ1,Ｓ1,Ｔ1は
回生制御型の順変換器３の入力端子（交流側端子）であ
り、Ｐ2、Ｎ2は順変換器３の直流＋出力端子、直流−出
力端子であり、２７aは順変換器３を駆動するＰＷＭ制
御信号の入力端子部である。Ｒ1′、Ｓ1′、Ｔ1′は非
回生型のダイオードモジュール４(破線で示す)の入力端
子であり、Ｐ1、Ｎ1はダイオードモジュール４の直流＋
出力端子、直流−出力端子である。順変換器３又はダイ
オードモジュール４は同じ高さ寸法のものを配置する。
【００４２】図３に示すように、三相交流電源１(図５
参照)は、入力電線２を介して一体基板１２の入力部
Ｒ，Ｓ，Ｔに接続され、一体基板１２のＰ1〜Ｐ2〜Ｐ3
〜Ｐ4端子間は主回路の導体Ｐ(＋極導体)で接続され、
またＮ1〜Ｎ2〜Ｎ5端子間は主回路導体Ｎ(−極導体)を
配設する。
【００４３】順変換器３又はダイオードモジュール４
は、一体基板１２の入力部Ｒ、Ｓ、Ｔ及び出力部Ｐ1、
Ｐ2、Ｎ1、Ｎ2の真下に、Ｓ相端子(Ｓ1端子とＳ1′端
子)を基準にして選択的に配置する。従って、実際に配
置できるのは順変換器３かダイオードモジュール４のど
ちらか一方であるが、この部分の主回路は順変換器３と
ダイオードモジュール４が並列接続された回路構成とな
る。
【００４４】なお、図４に示す順変換器３とダイオード
モジュール４の入出力端子の位置の違い(Ｒ1とＲ1′及
びＴ1とＴ1′)は、図３に示す一体基板１２のＲとＴの
様に一体基板１２に長穴を設け、更に大きく異なる場合
には図３の一体基板１２のＰ１〜Ｐ２、Ｎ1〜Ｎ2間の様
に導体Ｐ，Ｎで接続する。当然ながら、風道１６に配設
された各電装品の入出力端子と同位置の一体基板１２に
は、一体基板１２を貫通した穴を設け、この貫通穴に銅
管又は導電性が銅と同程度の金属管からなる導電性ブッ
シュを設け、かつＰ1とＰ2、Ｎ1とＮ2部は主回路導体
Ｐ，Ｎと導電性ブッシュと接続し、この導電性ブッシュ
にビスを通して、一体基板１２の主回路導体Ｐ，Ｎと順
変換器３やダイオードモジュール４の入出力端子を接続
固定(入力電線２も基板上でビスにより固定)する。つま
り、導電性この導電性ブッシュが主回路導体Ｐ、Ｎの接
続端子となり、主回路導体から導電性ブッシュを介して
各電装品の入出力端子に電流を流して、ビスには極力流
さないようにしている。
【００４５】この様に構成することにより、仕様により
順変換器３かダイオードモジュール４のどちらか一方を
一体基板１２の改造なしに自由に設けられ、かつ、元に
戻すことも簡単に行える。
【００４６】一方、平滑コンデンサ５は電力変換装置の
構成部品の中でも比較的大きいので、図１に示すよう
に、一体基板１２に平滑コンデンサ５が入る程度の穴又
は切欠き部を設け、この穴(又は切欠き部)により平滑コ
ンデンサ５の上部を逃がしてやる。したがって、平滑コ
ンデンサ５の電極部Ｐ5、Ｎ5と一体基板上に設けた主回
路導体Ｐ、Ｎとの接続は導体Ｐ、Ｎを平滑コンデンサ５
の電極部Ｐ5、Ｎ5の高さに合わせて曲げ、一体基板１２
から導体Ｐ、Ｎを飛び出させ接続固定する。
【００４７】このように一体基板１２に穴を開けてま
で、平滑コンデンサ５を一体基板内に取込む理由は、電
力変換装置を構成する各電装品の全体配置面積を少なく
し、かつ、平滑コンデンサ５を冷却し全体をコンパクト
化するためである。従って、一体基板１２外に平滑コン
デンサ５を設ける場合には、基板外の近くの所定の位置
に平滑コンデンサ５を設け、基板上の主回路導体Ｐ、Ｎ
を基板外の平滑コンデンサ５の電極部Ｐ5、Ｎ5まで伸ば
し接続してもよい。
【００４８】なお、電磁接触器７、及び逆変換器９の入
出力端子と基板上の主回路導体Ｐ，Ｎの接続は、順変換
器３又はダイオードもジュール４の場合と同様に、一体
基板１２を貫通した導電性ブッシュにビスを通して接続
固定する。
【００４９】更に、図３のＰa〜Ｐb部の様に主回路導体
Ｐ、Ｎが基板上で交差する場合は、一体基板１２を貫通
した導電性ブシュを用いて一体基板１２のＰa部で裏面
に逃げ、基板裏面で導電性ブシュと接続した導体Ｐを介
して、再びＰb部で表面に出てくるようにする。基板上
の導体を一部分立体的に配設する場合は、Ｐa部で主回
路導体Ｐを一旦空中に立上げ、導体Ｎとある間隔を設け
て導体Ｎと空中で交差させ再びＰb部で一体基板１２に
戻る方法にしても良い。
【００５０】また、逆変換器９の発電制動抵抗１１の接
続端子Ｂから延びた基板１２上の導体は、Ｂ1からＢ2ま
で基板１２裏側に導体を配設し、Ｂ2で接続線１５と接
続したものである。一方、Ｐ6、Ｎ6は逆変換器９の入力
端子部と主回路導体Ｐ，Ｎとの接続端子部であり、Ｕ、
Ｖ、Ｗは逆変換器９の出力端子である。
【００５１】２８a、２８bはゲートドライブ回路であっ
て、ゲートドライブ回路２８ａは順変換器３を制御信号
端子部２７aを介して駆動し、ゲートドライブ回路２８b
は逆変換器９を制御信号端子部２７bを介して駆動す
る。これらゲートドライブ回路２８a、２８bは、主回路
導体Ｐ、Ｎを設けた一体基板１２と同一基板上に設けて
おり、各ゲートドライブ回路への信号(ＰＷＭ制御信号)
は、それぞれのコネクタ２５a、２５bを介して制御基板
２３に搭載されたマイコンから出力される。
【００５２】２９aは順変換器３用の電圧検出回路で、
これは主回路の直流電圧(平滑コンデンサ５の電圧)を絶
縁増幅器(図示せず)等を用いて検出し、この検出電圧は
コネクタ２５aを介して制御基板２３上のマイコンに送
信され、順変換器３の出力電圧制御に用いられる。
【００５３】２９bは逆変換器９用の電圧検出回路で、
これは主回路の直流電圧(平滑コンデンサ５の電圧)を検
出し、予め設定した検出レベルにより、発電制動制御の
開始、及び停止を判定し、その結果をコネクタ２５bを
介して制御基板２３上のマイコンに送信する。なお、逆
変換器９用の電圧検出回路２９ｂは次のような機能も有
している。回生制御型の順変換器３の代わりに非回生型
のダイオードモジュール４を採用した場合、通常は順変
換器３のように主回路の直流電圧を制御するものがない
ため、直流電圧が異常に高くなっても、平滑コンデンサ
５や逆変換器９を保護する手段がない。そこで、電圧検
出回路２９ｂは、主回路の直流電圧が異常に高くなった
ときに、逆変換器９側の電圧検出回路２９bの検出レベ
ルと別の検出レベルにより、逆変換器９を止める信号を
制御基板２３のマイコンに出力する機能をも有してい
る。
【００５４】制御入力信号端子部２７a、２７bからゲー
トドライブ回路２８a、２８b間は導体パターンｇにより
配線され、また主回路導体Ｐ，Ｎの直流部からそれぞれ
の電圧検出回路２９a、２９b間は導体パターンｆにより
配線されている。
【００５５】３０は制御電源部で、これはゲートドライ
ブ回路２８a、２８bや電圧検出回路２９a、２９bと同じ
く一体基板１２上に設けられ、三相交流入力端子Ｒ，
Ｓ，Ｔのうち２相より、一体基板１２上の導体パターン
(図示せず)を通じて交流電力を受け、制御電源部内の小
型トランス３１で交流主回路電源電圧を降圧し、さらに
所定の直流電圧に変換して、各回路及びもう一つの制御
基板２３に供給する。一体基板１２上の制御電源部３０
で作成した直流は、中継コネクタ３２を介して別設した
制御基板２３に供給される。
【００５６】３３a、３３bはゲートドライブ電源部で、
それぞれ制御電源部３０で作成した直流電圧により、DC
/DCコンバータ(図示せず)等を用いて順変換器３と逆変
換器９のそれぞれ各素子別の絶縁されたゲートドライブ
回路２８ａ、２８ｂに、所定の直流電圧を作り供給す
る。なお、当然ながら順変換器３、及び逆変換器９とゲ
ートドライブ回路２８a、２８b、主回路の直流電圧部と
電圧検出回路２９a、２９b、制御電源部３０とゲートド
ライブ電源部３３a、３３b等の連絡線は、導体パターン
により最短で接続しており、かつ、これらの駆動回路導
体パターン及び制御電源導体パターンと主回路導体Ｐ，
Ｎは離して設け、ノイズの混入を避けている。
【００５７】図５は非回生型のダイオードモジュールか
ら回生制御型の順変換器に変更する模式回路構成図(図
３の部品配置図に対応)である。主回路の順変換器３と
ダイオードモジュール４は、並列接続された回路となる
が、前述したように配置位置がほぼ同じ場所なので、ど
ちらか一方しか接続できない構成になっている。図中、
矢印(ア)は一体基板１２からダイオードモジュール４を
取外したことを示し、矢印(イ)はダイオードモジュール
４を取外し後、一体基板１２に順変換器３を配設接続し
たことを示している。従って、当然ながら変更後の
Ｐ1、Ｎ1には何も接続されていなく、Ｐ2、Ｎ2に順変換
器３が接続されていることになる。破線内に示す構成品
が一体基板１２に搭載した回路及び電源部と、基板１２
下に配設した電装品である。
【００５８】以上のように、主回路導体Ｐ、Ｎと同一基
板上に制御電源部３０、電圧検出回路２９a、２９b及び
各素子のゲートドライブ回路２８a、２８b、並びにゲー
トドライブ電源部３３a、３３bを設け(主回路導体と各
回路を一体配線化)、かつ主な電装品(図２の風道内に配
置した電装品)を一体基板１２下に配置し、一体基板１
２の主回路導体Ｐ，Ｎと電装品を直接接続するように構
成することにより、各回路２８a、２８b、２９a、２９
b、３０、３３a、３３b等を別設するスペースを確保す
る必要がなく、かつ、主回路配線も含め立体的な各回路
間の電線引き回し手作業が無いために誤配線がなくな
り、更に別設した場合の電線引き回し部からのノイズ侵
入を心配する必要も無くなり、信頼性の向上が図られ
る。
【００５９】また、一体基板１２の改造及び配線の変更
なしに、必要により回生電力を発電制動抵抗１１で消費
させるダイオードモジュール運転方式から、三相交流電
源に電力を回生できる順変換器運転方式への変換がネジ
締めのみで簡単(ダイオードモジュール４を順変換器３
に交換するだけ)にでき、力率の向上による運転性能の
向上及び省エネルギー化が図れる。逆に、順変換器運転
方式からダイオードモジュール運転方式に変更する場合
も同様に、簡単に変更できる。
【００６０】また、主回路電装品が故障した場合でも一
体基板１２のビスを抜き取るだけで、電装品及び風道１
６と一体基板１２とが分離でき、簡単にその故障した電
装品のみを交換でき、メンテナンスが非常に容易な電力
変換装置を提供できる。
【００６１】なお、図３において破線で示すものは、一
体基板１２下の風道１６に配設された主な主回路電装品
(順変換器３、又はダイオードモジュール４、電磁接触
器７、逆変換器９)である。
【００６２】次に、図３に示すように主回路導体Ｐ、Ｎ
の間に高誘電率の絶縁材Ｑを設けた導体構造について、
図６により詳細に説明する。
【００６３】図６に示すように、本発明にかかる導体構
造は、一体基板１２上に主回路導体Ｐと主回路導体Ｎを
平行に設け、相対する主回路導体ＰとＮの間に高誘電率
の絶縁材Ｑ(ガラスエポキシ材等)を密着させて配置した
コンデンサ構造とする。つまり、変換器３、逆変換器９
のそれぞれのゲートドライブ回路２８a、２８bや直流電
圧検出回路２９a、２９b及び制御電電部３０等を配設し
た同一基板上に主回路導体Ｐ，Ｎと高誘電率の絶縁材Ｑ
により、主回路をコンデンサ構造にする。なお、当然な
がら主回路導体ＰとＮは左右どちら側に配設してもよ
い。
【００６４】ここで、静電容量Ｃは、誘電率ε、導体Ｐ
〜Ｎ間距離ｔ，相対する導体面積Ａとすると次の（１）
式により求まる。
【００６５】
【数１】
【００６６】従って、相対する導体面積Ａは電流容量や
配線長により決まるので、自由に選定できる高誘電率の
絶縁材Ｑを耐圧の許す限り薄く(ｔを小さく)することに
より、導体Ｐ〜Ｎ間の静電容量Ｃを増すことができる。
【００６７】一方、順変換器３や逆変換器９の可変制御
素子のｏｎ、ｏｆｆ制御により主回路導体Ｐ、Ｎに非常
に高い周波数の高調波電流が流れ、この高調波電流によ
り、導体から放射ノイズを放出し、他の回路や機器等に
悪影響を与える。
【００６８】ここで、一般的なコンデンサの等価回路を
図７に示す。Ｃ0は静電容量、ｒは等価並列抵抗、Ｒ0は
等価直列抵抗、Ｌ0は等価直列インダクタンスである。
【００６９】一体基板１２上の主回路に流れる高周波成
分の高調波電流ｉは、導体Ｐ〜高誘電率の絶縁材Ｑ〜導
体Ｎ間にバイパスして流る。このとき、一体基板１２上
の主回路導体Ｐ〜絶縁材Ｑ〜導体Ｎのコンデンサ構造の
静電容量Ｃにより、フィルタ効果が生じ、高周波数の高
調波電流ｉが低減されると共に、主回路より放射するノ
イズも低減する。
【００７０】また、順変換器３や逆変換器９の可変制御
素子が電流を遮断する時に、主回路配線の自己インダク
タンスの影響により、スパイク状の大きな電圧が発生す
る。この大きな電圧により順変換器３や逆変換器９の可
変制御素子が破壊される場合もある。しかし、前述のよ
うに、主回路導体Ｐ，Ｎを隣接して平行に設けることに
より、主回路導体の自己インダクタンスをお互いに打消
す作用があるため、スパイク状の電圧を抑制でき、か
つ、コンデンサ構造による静電容量によってもスパイク
状の電圧は低減(スナバ効果)される。
【００７１】本発明の実施の形態２として、主回路導体
Ｐ、Ｎ組合せの第２の構造を図８〜図９により説明す
る。図８〜図９は、図６〜図７に示す主回路導体Ｐ、Ｎ
組合せの第１の構造で説明した静電容量Ｃによる高調波
電流の低減、及び放射ノイズの低減、並びにスパイク電
圧低減効果を更に高めるためなされたものである。な
お、図８は図９のコンデンサ構造の説明のための概念図
である。
【００７２】一体基板１２には比較的誘電率の高い材質
(例えばガラスエポキシ材等)のものを用い、図９に示す
ように一般的な多層基板の導体パターンと同じように、
主回路導体Ｐ，Ｎを基板内で厚さ方向の中間に互いに平
行に近接して横並びに設ける。この様な構造にすること
により、等価的な静電容量Ｃは図８の破線のように、導
体Ｐ〜導体Ｎ間の上面によるコンデンサ成分Ｃ1、導体
ＰとＮの相対する面によるコンデンサ成分Ｃ2、導体Ｐ
とＮの下面によるコンデンサ成分Ｃ3の３面がコンデン
サ構造となるため、静電容量Ｃの増加が図られる。つま
り、基板そのものを誘電材とすることにより、コンデン
サによるフィルタ効果(高調波電流ｉの低減、及び放射
ノイズの抑制)とスパイク電圧低減効果を増すことがで
きる。
【００７３】さらに、本発明の実施の形態３として、主
回路導体Ｐ、Ｎ組合せの第３の構造(コンデンサ構造)を
図１０により説明する。一体基板１２を挟んで表裏面に
設けた主回路導体Ｐ，Ｎと、一体基板１２下に配設した
順変換器３(又はダイオードモジュール４)、電磁接触器
７、平滑コンデンサ５、逆変換器９等の各電装品の端子
とを、ビス３４で接続固定する。ビス３４を通すために
一体基板１２に形成した貫通穴には、例えば銅管からな
る導電性ブシュを嵌入し、このブッシュと一体基板１２
及び主回路導体とを強固に接触、固定させている。
【００７４】ここで用いる基板には、図８〜図９と同様
に誘電率の高い材質を用い、一体基板１２上面に主回路
導体Ｐを配設するとともに、主回路導体Ｐと相対する一
体基板１２の下面に主回路導体Ｎを配設する。従って、
一体基板１２を誘電材として主回路導体Ｐ〜一体基板１
２〜主回路導体Ｎ間がコンデンサ構造となる。
【００７５】この様な構造にすることにより、前述の
(１)式で相対する導体面積Ａを大きく取ることができる
ため、静電容量Ｃが大きく、高調波及びスパイク電圧に
対するフィルタ効果をより高めることができ、将来の更
なる高調波規制にも対応できる電力変換器を提供するこ
とができる。
【００７６】なお、主回路導体ＰとＮの配設位置を、図
１０と反対に基板上面に主回路導体Ｎを配設し、主回路
導体Ｎと相対する位置の基板下面に主回路導体Ｐを配設
しても同様な効果が得られる。
【００７７】図１１を用いて、本発明の実施の形態４と
して、主回路導体Ｐ、Ｎ組合せの第４の構造(コンデン
サ構造)を説明する。ゲートドライブ回路２８ａ，２８
ｂ、直流電圧検出部２９ａ，２９ｂ、制御電源部３０等
を搭載した一体基板１２上に、図１１に示すように、そ
れぞれ板状の主回路導体Ｎ、高誘電率の絶縁材Ｑ、及び
主回路導体Ｐを、順次に密着積層させて配設する。
【００７８】この様に基板上面に配設した主回路導体
Ｐ，Ｎ間全面に高誘電率の絶縁材Ｑを設けてコンデンサ
構造にすることにより、高周波な高調波電流を低減で
き、主回路導体Ｐ，Ｎより放射する電磁ノイズを抑制で
き、そしてスパイク電圧を抑制することができる。
【００７９】なお、電力変換装置内の一体基板１２の設
置スペースが真っ直ぐでなく、平面的にＬ字形になって
いて、電力変換装置内に一体基板１２が一つで収まらな
いような場合には、図３に示すように主回路導体Ｐ、
Ｎ、ゲートドライブ回路２８ａ、２８ｂ、主回路電圧検
出回路２９ａ、２９ｂ及び制御電源部３０を同一基板上
に一体配線して設けた一体基板１２の代わりに、平滑コ
ンデンサ５を境に順変換器３又はダイオードモジュール
４側と逆変換器９側とに２分割した基板を用いてもよ
い。つまり、順変換器３又はダイオードモジュール４側
は初期電流抑制抵抗６、電磁接触器７、平滑コンデンサ
５まで、一方、逆変換器９側は平滑コンデンサ５から逆
変換器９までの２分割とすることにより、Ｌ字形の２分
割配置とすることもできる。この様に２分割することに
より、配置スペース形状に合わせるられ、配置の自由度
を高めることが可能である。
【００８０】以上、図６、図９〜図１１のように、主回
路導体Ｐ，Ｎと高誘電率の絶縁材Ｑは一体基板１２と強
固に固定されているため、装置輸送時の振動等に対し
て、主回路導体や絶縁材が一体基板から剥離、位置ず
れ、及び主回路導体や絶縁材単体で振動することはな
い。
【００８１】図１２は本発明の実施の形態５となる回路
構成図で、三相入力電源側を全波整流のみのダイオード
モジュール運転方式とした場合の回路構成図である。
【００８２】これは、図５に示す電力変換装置の主回路
から順変換器３を取外し、ダイオードモジュール４を取
付けて電力変換装置を制御する場合と同じ性能、効果が
得られるものである。つまり、同一基板上に主回路導体
Ｐ、Ｎと、破線内の構成品とを一体化配線して搭載し、
又は基板下面に配設し、かつ、主回路導体も図６、図９
〜図１１のいずれかのコンデンサ構造を採用しているた
め、配線作業の省力化、誤配線の絶無化、及び放射ノイ
ズの抑制とスパイク電圧の低減、更に発電制動抵抗１１
を風道内に収納することにより装置全体の小形化が図ら
れる。
【００８３】図の７’は電磁接触器７の接点であり、破
線内の構成品が主回路導体Ｐ、Ｎを含めて一体基板１２
に搭載、又は一体基板１２下面に配設した電装品であ
る。図１２に示す電力変換装置の運転方法は、入力側が
ダイオードモジュール４のため、誘導電動機１４の制動
時に発生する電力を三相入力電源側に回生できず、平滑
コンデンサ５に充電される。そこで、この平滑コンデン
サ電圧(主回路直流電圧)が高くなり、電圧検出回路２９
bで予め設定した検出レベルを超えると、制御基板２３
に搭載しているマイコンに信号(電圧検出回路２９b出
力)を送り、制御基板２３からゲートドライブ回路２８b
を介してスイッチング素子１０をＯＮ，ＯＦＦ制御を行
う。スイッチング素子１０がＯＮ動作することにより、
負荷側の電力は発電制動抵抗１１に消費させ、平滑コン
デンサ５及び逆変換器９を過電圧から保護する。
【００８４】図１３は本発明の実施の形態６となる回路
構成図で、三相交流電源側に負荷側の電力を回生できる
順変換器運転方式の回路図ある。図５の主回路からダイ
オードモジュール４を取外し、順変換器３を取付けて電
力変換装置を制御する場合と同じ性能、効果が得られる
ものである。なお、破線内の構成部が一体基板１２に搭
載、又は基板１２下面に配設した電装品である。
【００８５】本装置の運転方法は、順変換器３の可変制
御素子で回生制御が行えるので、制御基板２３からの信
号によりスイッチング素子１０を常にＯＦＦさせて、誘
導電動機１４減速時の電力を三相交流電源１側に戻し省
エネルギー化を図ると共に、力行時も順変換器３制御に
より力率の向上も図れるため、運転性能の良い電力変換
装置となる。
【００８６】本発明の実施の形態７として、電力変換装
置の容量アップに対応した一体基板及び回路図を図１４
〜図１５により説明する。ここでは変換器３及び逆変換
器９をそれぞれ２基に増設するものとする。なお、図１
４では逆変換器９、及び逆変換器９’のゲートドライブ
回路２８b、２８b’とその電源部３３b、３３b’及び直
流電圧検出回路２９b並びに制御電源部３０を図示して
いないが、図３で説明した機能と同じなので省略した。
一方、図１５の回路構成の内、破線内が一体基板１２上
に搭載、又は基板下に配設した各主回路導体、電装品、
及び各駆動回路、電源部である。
【００８７】図１５中、回生制御もできる可変制御素子
で構成された順変換器３’は、一体基板１２の下に配設
する。Ｒ2、Ｓ2、Ｔ2は一体基板１２上に設けた順変換
器３’の入力端子で、Ｐ2’、Ｎ2’は順変換器３’の一
体基板１２上に設けた直流出力端子であり、２８a’、
３３a’は順変換器３’を駆動する一体基板１２上に設
けたゲートドライブ回路及びその電源部である。可変制
御素子で構成された逆変換器９’の入力端子は、符号Ｐ
6’、Ｎ6’で示し、出力端子は符号Ｕ2、Ｖ2、Ｗ 2で示
す。
【００８８】電力変換器の容量アップには、順変換器３
の近傍にもう一つの順変換器３’を変換器用冷却フィン
１７のベース上に配設し、同様に逆変換器９の近傍にも
もう一つの逆変換器９’を変換器用冷却フィン１７のベ
ース上に配設する。
【００８９】これらの変換器の入出力端子の接続は、一
体基板１２上に設けられた入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔと順変換
器３の入力端子Ｒ1、Ｓ1、Ｔ1及び順変換器３’の入力
端子Ｒ2、Ｓ2、Ｔ2をそれぞれの相別に接続する入力主
回路導体を一体基板１２上に設け、かつ、順変換器３の
出力端子Ｐ2、Ｎ2と順変換器３’の出力端子Ｐ2’、
Ｎ2’をそれぞれ接続した並列回路とする。なお、主回
路導体Ｐ及び主回路導体Ｎとは順変換器３’の端子
Ｐ2’、Ｎ2’でそれぞれ接続している。
【００９０】ここでは各入力端子、各出力端子をそれぞ
れ接続すると記載したが、実際の順変換器の入力主回路
導体は、Ｒ〜Ｒ1〜Ｒ2間、Ｓ〜Ｓ1〜Ｓ2間、Ｔ〜Ｔ1〜
Ｔ2間でそれぞれ一体の導体であり、出力端子もＰ2〜Ｐ
2’〜Ｐ3〜Ｐ4間、Ｎ2〜Ｎ2’〜Ｎa間は一体の主回路導
体Ｐ、Ｎとして、一体基板１２上に設けられる。
【００９１】なお、Ｐ2〜Ｐ2’間導体とＮ2〜Ｎ2’間導
体の間隔を極力狭く設け、この導体の間に高誘電率の絶
縁材Ｑを密着して設けるコンデンサ構造とし、高調波電
流の低減及び放射ノイズの抑制、スパイク電圧の抑制を
図る。
【００９２】逆変換器９と逆変換器９’の入出力端子の
接続も同様な方法で行う。一方、図１４のように平滑コ
ンデンサ５の容量アップには、大型のコンデンサを用い
ることで一個としたが、小〜中型のコンデンサを複数個
並列に接続して容量アップに対応しても、同様な効果が
得られる。
【００９３】また、図１４の主回路導体全配線長のう
ち、少なくとも一部分には図８、図１１〜図１３のいず
れかのコンデンサ構造を採用して高調波電流の低減及び
放射ノイズの抑制を図る。当然ながら、逆変換器９、
９’のＰ6〜Ｐ6’間、及びＮ6〜Ｎ6’間も含めた主回路
導体Ｐ、Ｎ全てに渡りコンデンサ構造とすることによ
り、高調波電流による放射ノイズの抑制がより図られ、
将来の更なる高調波規制にも対応できる電力変換装置と
なる。
【００９４】更に、同一基板上に主回路導体とゲートド
ライブ回路、電圧検出回路及びそれらの電源部を一体化
配線した一体基板１２を用いることにより、配線作業の
省力化、誤配線の絶無化、各回路及び電源部配置スペー
スの有効利用等により、信頼性の向上が図られた電力変
換システムが構築できる。
【００９５】以上のように、電力変換器の容量アップに
は順変換器、平滑コンデンサ、及び逆変換器を複数個並
列に接続して用いることにより対応でき、小型から大型
まで電力変換装置のシリーズ化が容易に可能となる。
【００９６】ここで、順変換器、平滑コンデンサ、逆変
換器を、図１５に示すように、複数個並列に接続すると
一体基板が大型になり反りや撓みが生じ問題になること
も考えられ、かつ、電装品配置等の自由度が問題になる
場合も考えられる。この様な場合は図１６に示すよう
に、平滑コンデンサ５を境に一体基板を２分割する。即
ち、順変換器３の入力端子Ｒ、Ｓ、Ｔから平滑コンデン
サ５までを一つの一体基板１２aに、もう一方は平滑コ
ンデンサ５から逆変換器９の出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗまでを
一体基板１２bに設け、一体基板１２a、１２bを平滑コ
ンデンサ５の電極部Ｐ5、Ｎ5で接続固定(１２aと１２b
を連結固定)する。
【００９７】一方、大電流が流せる大型で１素子形の可
変制御素子モジュールを６個組み合わせて、順変換器
３、又は逆変換器９を構成する場合にも一体基板が大型
になり、基板の反り等による強度が問題になることが考
えられる。この様な場合には、図１７に示すように、一
方の一体基板１２a上に複数個の可変制御素子モジュー
ルの各入出力端子を接続配線する主回路導体を設けて順
変換器３を構成し、他方の一体基板１２b上に複数個の
可変制御素子モジュールの各入出力端子を接続配線する
主回路導体を設け、逆変換器９を構成する。
【００９８】更に、主回路導体を設けた一体基板１２
a、１２bと同一基板上に各可変制御素子を駆動するゲー
トドライブ回路２８a、２８bと、ゲートドライブ電源部
３３a、３３b、及び電圧検出回路２９a、２９bをそれぞ
れ設け、一体基板１２a、１２b外に初期電流抑制抵抗
６、電磁接触器７、及び平滑コンデンサ５を配置し、こ
れらと一体基板１２a、１２bをバスバー等で配線する。
【００９９】この様に一体基板１２を分割して設けるこ
とにより、基板の大型化により生ずる反り、撓みが避け
られるため、電力変換装置の組立作業が容易になるとと
もに、一体基板１２a、１２bの内どちらか一方が破損し
た場合、破損した基板のみを交換すれば良いため交換作
業が容易であり、かつ基板搭載部品数も約半分なので交
換部品費用、及び基板製作費用も安価ですむ利点があ
る。
【０１００】他の大容量化の方法として、図１８〜図１
９の多重運転方式を説明する。図１８の３５a、３５bは
それぞれ電力変換装置であって、各装置を構成する順変
換器３、初期電流抑制抵抗６、該抵抗６に並列接続され
た電磁接触器７、平滑コンデンサ５、逆変換器９等を、
一体基板上に設けた主回路導体Ｐ、Ｎにより接続したも
のである。図１８は、小容量の電力変換装置３５a、３
５bを収納した大容量の電力変換一括装置３６として、
容量の大きい６相モータ３７を運転制御できるようにし
たものを示す。
【０１０１】図１９は本発明の一体基板１２を用いた複
数の電力変換装置３５a、３５b、３５c、３５dを電力変
換一括装置３６に収納し、各電力変換装置の出力に接続
した誘導電動機１４(１４a〜１４d)を個別、又は統一し
て運転制御する。この様な多重運転方式により、大容量
化を図ったものである。図１８や図１９のように複数の
電力変換器をまとめて電力変換一括装置３６とすると、
放射ノイズ対策(シールドカバー設置等)が非常に容易に
なる。即ち、個々の電力変換装置別に放射ノイズ対策を
行うより、電力変換一括装置３６全体をシールドカバー
等で覆うことにより一括して放射ノイズ対策を行った方
が安価で、かつ、簡単にできる。
【０１０２】なお、図１〜図５、図１２〜図１６に示し
た実施例では、順変換器３又はダイオードモジュール
４、及び逆変換器９とも半導体モジュール(多素子で構
成した半導体を内蔵)を用いて説明したが、各変換器と
も前述の図１７のように１素子の半導体を多数組み合わ
せて構成しても、上下アームの２素子をユニットとする
２素子内蔵モジュールを３個組み合わせて構成しても同
等の作用、及び効果が得られる。
【０１０３】また、順変換器３内蔵の可変制御素子と逆
変換器９内蔵の可変制御素子の諸特性が、異なっても、
並列接続した変換器同士の特性が合っていれば、本発明
で述べた作用、効果が変わるものではない。
【０１０４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電力変換装置を構成するダイオードモジュール４又は回
生制御型の順変換器、逆変換器、その他の主たる部品を
接続する主回路導体を、一つの絶縁性基板上あるいは内
部にパターン化して形成し、各部品の端子に絶縁性基板
を接続することにより絶縁性基板を固定するように構成
したので、配線作業の省略化を図るとともに誤配線をな
くすことができ、また故障部品の交換などをともなうメ
ンテナンスにおいても、配線作業は該基板を各部品の端
子から取りはずしそして取付けるのみで終了するので、
装置のメンテナンス性の向上が図れる。また主回路導体
をプラス側主回路導体、マイナス主回路導体及びそれら
の間に介在する絶縁材により構成してコンデンサ構造と
したので、高周波な高調波電流の低減、及び放射ノイズ
の抑制、並びにスパイク電圧の抑制が図れる。
【０１０５】また、上記主回路導体を形成した基板に各
変換器を駆動する回路、電圧検出回路、電源部等を設置
し、それらの配線をパターン化することにより、制御線
等の引き回しもなく、より一層、配線作業の省略化が図
られる。
【０１０６】さらに、ダイオードモジュール、逆変換器
その他の主たる部品と共に発電制動抵抗を風道内に設置
することにより、本質的にサイズの大きい発電制動抵抗
を小形化でき、電力変換装置内に設置可能となり、装置
全体の設置スペースの縮小に貢献できる。
【０１０７】また、電力変換装置を、ダイオードモジュ
ールまたは回生制御型の順変換器を同一領域に選択的に
設置し、それらの主回路導体の両方を基板上または内部
にパターン化して形成しておくように構成することによ
り、一体基板の改造等を行わずとも仕様にしたがい半導
体モジュールのみを交換するだけで、容易にダイオード
モジュールから回生制御のできる順変換器に変更(その
逆も可能)でき、両変換器を適宜用いることにより電力
変換装置の力率が向上し、また回生制御により省エネル
ギー化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の電力変換装置を構成す
る各種電装品の配置図である。
【図２】実施の形態１における風道内の主回路電装品の
配置を示す平面図である。
【図３】実施の形態１における主回路導体パターンを形
成した一体基板と該パターンに対応する電装品の配置を
示す平面図である。
【図４】回生制御型の順変換器と非回生型のダイオード
モジュールの選択的配置を説明する図である。
【図５】順変換器とダイオードモジュールの交換を説明
する回路構成図である。
【図６】本発明にかかる主回路導体のコンデンサ構造を
説明する図である。
【図７】コンデンサの等価回路である。
【図８】本発明にかかる別の主回路導体のコンデンサ構
造を説明する概念図である。
【図９】本発明にかかる別の主回路導体のコンデンサ構
造を説明する図である。
【図１０】本発明にかかる別の主回路導体のコンデンサ
構造を説明する図である。
【図１１】本発明にかかる別の主回路導体のコンデンサ
構造を説明する図である。
【図１２】非回生型のダイオードモジュールを備える電
力変換装置の回路構成図である。
【図１３】回生制御型の順変換器を備える電力変換装置
の回路構成図である。
【図１４】各２基の順変換器及び逆変換器を備える電力
変換装置に用いる一体基板の平面図である。
【図１５】図１４に示す電力変換装置の回路構成図であ
る。
【図１６】各２基の順変換器、逆変換器を備える電力変
換装置に対する一体基板を２分割する場合の分割位置を
説明する回路構成図である。
【図１７】複数素子を組み合わせて順変換器、逆変換器
を構成するのに用いる導体パターンを示す図である。
【図１８】本発明の電力変換装置の並列設置による大容
量負荷運転を説明する図である。
【図１９】本発明の電力変換装置の並列設置と並列負荷
の運転を説明する図である。
【符号の説明】
３、３’ 順変換器 ４ ダイオードモジュール ５ 平滑コンデンサ ６ 初期電流抑制抵抗 ７ 電磁接触器 ８ 放電抵抗 ９、９’ 逆変換器 １０ スイッチング素子 １１ 発電制動抵抗 １２ 一体基板 １６ 風道 １７、１８ 冷却フィン ２１ 冷却ファン ２３ 制御基板 ２８a、２８a’ 順変換器のゲートドライブ回路 ２８b、２８b’ 逆変換器のゲートドライブ回路 ２９a 順変換器の電圧検出回路 ２９b 逆変換器の電圧検出回路 ３０ 制御電源部 ３３a、３３ｂ ゲートドライブ電源部 ３５a〜３５d 電力変換装置 ３６ 電力変換一括装置、 Ｐ 主回路導体(＋極) Ｎ 主回路導体(−極) Ｑ 高誘電率の絶縁材

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 交流を直流に変換するダイオードモジュ
    ールと、該ダイオードモジュールの出力を平滑化する平
    滑コンデンサと、該平滑コンデンサから得られた直流電
    圧を交流の可変電圧、可変周波数に変換し負荷に供給す
    る逆変換器と、ダイオードモジュールと平滑コンデンサ
    間に設けた初期電流抑制抵抗と、該初期電流抑制抵抗と
    並列接続する電磁接触器と、逆変換器の出力電力を負荷
    減少時に消費させる発電制動抵抗とを具備する電力変換
    装置において、 ダイオードモジュール、初期電流抑制抵抗、電磁接触
    器、平滑コンデンサ、逆変換器である各部品を接続する
    主回路導体を一つの絶縁性基板上に設け、該主回路導体
    は各部品のプラス端子に接続するプラス側主回路導体
    と、各部品のマイナス端子に接続するマイナス側主回路
    導体とからなり、かつプラス側主回路導体とマイナス側
    主回路導体間に絶縁部材を介在させてそれぞれ絶縁性基
    板に接してパターン化して形成し、主回路導体のパター
    ンを各部品の端子に接続することによって絶縁性基板を
    固定したことを特徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項２】 交流を直流に変換するダイオードモジュ
    ールと、該ダイオードモジュールの出力を平滑化する平
    滑コンデンサと、該平滑コンデンサから得られた直流電
    圧を交流の可変電圧、可変周波数に変換し負荷に供給す
    る逆変換器と、ダイオードモジュールと平滑コンデンサ
    間に設けた初期電流抑制抵抗と、該初期電流抑制抵抗と
    並列接続する電磁接触器と、逆変換器の出力電力を負荷
    減少時に消費させる発電制動抵抗とを具備する電力変換
    装置において、 ダイオードモジュール、初期電流抑制抵抗、電磁接触
    器、平滑コンデンサ、逆変換器である各部品を接続する
    主回路導体を一つの絶縁性基板内部に設け、該主回路導
    体は各部品のプラス端子に接続するプラス側主回路導体
    と、各部品のマイナス端子に接続するマイナス側主回路
    導体とからなり、かつプラス側主回路導体とマイナス側
    主回路導体とを絶縁性壁を介して近接させて絶縁基板内
    にパターン化して埋設し、主回路導体のパターンを各部
    品の端子に接続することによって絶縁性基板を固定した
    ことを特徴とする電力変換装置。
  3. 【請求項３】 交流を直流に変換するダイオードモジュ
    ールと、該ダイオードモジュールの出力を平滑化する平
    滑コンデンサと、該平滑コンデンサから得られた直流電
    圧を交流の可変電圧、可変周波数に変換し負荷に供給す
    る逆変換器と、ダイオードモジュールと平滑コンデンサ
    間に設けた初期電流抑制抵抗と、該初期電流抑制抵抗と
    並列接続する電磁接触器と、逆変換器の出力電力を負荷
    減少時に消費させる発電制動抵抗とを具備する電力変換
    装置において、 ダイオードモジュール、初期電流抑制抵抗、電磁接触
    器、平滑コンデンサ、逆変換器である各部品を接続する
    主回路導体を一つの絶縁性基板上下に設け、該主回路導
    体は各部品のプラス端子に接続するプラス側主回路導体
    と、各部品のマイナス端子に接続するマイナス側主回路
    導体とからなり、かつプラス側主回路導体及びマイナス
    側主回路導体の一方を絶縁性基板上面に形成し、他方を
    絶縁性基板下面に互いに相対してパターン化して形成
    し、主回路導体のパターンを各部品の端子に接続するこ
    とによって絶縁性基板を固定したことを特徴とする電力
    変換装置。
  4. 【請求項４】 交流を直流に変換するダイオードモジュ
    ールと、該ダイオードモジュールの出力を平滑化する平
    滑コンデンサと、該平滑コンデンサから得られた直流電
    圧を交流の可変電圧、可変周波数に変換し負荷に供給す
    る逆変換器と、ダイオードモジュールと平滑コンデンサ
    間に設けた初期電流抑制抵抗と、該初期電流抑制抵抗と
    並列接続する電磁接触器と、逆変換器の出力電力を負荷
    減少時に消費させる発電制動抵抗とを具備する電力変換
    装置において、 ダイオードモジュール、初期電流抑制抵抗、電磁接触
    器、平滑コンデンサ、逆変換器である各部品を接続する
    主回路導体を一つの絶縁性基板上に設け、該主回路導体
    は各部品のプラス端子に接続するプラス側主回路導体
    と、各部品のマイナス端子に接続するマイナス側主回路
    導体とからなり、かつプラス側主回路導体とマイナス側
    主回路導体間に絶縁部材を介在させて絶縁性基板に積層
    してパターン化して形成し、主回路導体のパターンを各
    部品の端子に接続することによって絶縁性基板を固定し
    たことを特徴とする電力変換装置。
  5. 【請求項５】 絶縁性基板上に逆変換器を駆動するゲー
    トドライブ回路とゲートドライブ電源部とを設け、主回
    路導体とともにパターン配線をしたことを特徴とする請
    求項１ないし４のいずれかに記載の電力変換装置。
  6. 【請求項６】 絶縁性基板上に、逆変換器の入力側の電
    圧を検出する電圧検出器を搭載し、該電圧検出器の配線
    を絶縁性基板上に主回路導体とともにパターン配線をし
    たことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載
    の電力変換装置。
  7. 【請求項７】 ダイオードモジュール、平滑コンデン
    サ、逆変換器、電磁接触器及び発電制動抵抗を風道内に
    配置し、かつダイオードモジュール及び逆変換器を一つ
    の冷却に取付け、発電制動抵抗を別の冷却フィンに取付
    け、該風道頂部を絶縁性基板で覆い、初期電流抑制抵抗
    は絶縁性基板上に搭載したことを特徴とする請求項１な
    いし４のいずれかに記載の電力変換装置。
  8. 【請求項８】 交流を直流に変換する回生制御型の順変
    換器と、該順変換器の出力を平滑化する平滑コンデンサ
    と、該平滑コンデンサから得られた直流電圧を交流の可
    変電圧、可変周波数に変換し負荷に供給する逆変換器
    と、順変換器と平滑コンデンサ間に設けた初期電流抑制
    抵抗と、該初期電流抑制抵抗と並列接続する電磁接触器
    とを具備する電力変換装置において、 順変換器、初期電流抑制抵抗、電磁接触器、平滑コンデ
    ンサ、逆変換器である各部品を接続する主回路導体を一
    つの絶縁性基板上に設け、該主回路導体は各部品のプラ
    ス端子に接続するプラス側主回路導体と、各部品のマイ
    ナス端子に接続するマイナス側主回路導体とからなり、
    かつプラス側主回路導体とマイナス側主回路導体間に絶
    縁部材を介在させてそれぞれ絶縁性基板に接してパター
    ン化して形成し、主回路導体のパターンを各部品の端子
    に接続することによって絶縁性基板を固定したことを特
    徴とする電力変換装置。
  9. 【請求項９】 交流を直流に変換する回生制御型の順変
    換器と、該順変換器の出力を平滑化する平滑コンデンサ
    と、該平滑コンデンサから得られた直流電圧を交流の可
    変電圧、可変周波数に変換し負荷に供給する逆変換器
    と、順変換器と平滑コンデンサ間に設けた初期電流抑制
    抵抗と、該初期電流抑制抵抗と並列接続する電磁接触器
    とを具備する電力変換装置において、 順変換器、初期電流抑制抵抗、電磁接触器、平滑コンデ
    ンサ、逆変換器である各部品を接続する主回路導体を一
    つの絶縁性基板内部に設け、該主回路導体は各部品のプ
    ラス端子に接続するプラス側主回路導体と、各部品のマ
    イナス端子に接続するマイナス側主回路導体とからな
    り、かつプラス側主回路導体とマイナス側主回路導体と
    を絶縁性壁を介して近接させて絶縁基板内にパターン化
    して埋設し、主回路導体のパターンを各部品の端子に接
    続することによって絶縁性基板を固定したことを特徴と
    する電力変換装置。
  10. 【請求項１０】 交流を直流に変換する回生制御型の順
    変換器と、該順変換器の出力を平滑化する平滑コンデン
    サと、該平滑コンデンサから得られた直流電圧を交流の
    可変電圧、可変周波数に変換し負荷に供給する逆変換器
    と、順変換器と平滑コンデンサ間に設けた初期電流抑制
    抵抗と、該初期電流抑制抵抗と並列接続する電磁接触器
    とを具備する電力変換装置において、 順変換器、初期電流抑制抵抗、電磁接触器、平滑コンデ
    ンサ、逆変換器である各部品を接続する主回路導体を一
    つの絶縁性基板上下に設け、該主回路導体は各部品のプ
    ラス端子に接続するプラス側主回路導体と、各部品のマ
    イナス端子に接続するマイナス側主回路導体とからな
    り、かつプラス側主回路導体及びマイナス側主回路導体
    の一方を絶縁性基板上面に、他方を絶縁性基板下面に互
    いに相対してパターン化して形成し、主回路導体のパタ
    ーンを各部品の端子に接続することによって絶縁性基板
    を固定したことを特徴とする電力変換装置。
  11. 【請求項１１】 交流を直流に変換する回生制御型の順
    変換器と、該順変換器の出力を平滑化する平滑コンデン
    サと、該平滑コンデンサから得られた直流電圧を交流の
    可変電圧、可変周波数に変換し負荷に供給する逆変換器
    と、順変換器と平滑コンデンサ間に設けた初期電流抑制
    抵抗と、該初期電流抑制抵抗と並列接続する電磁接触器
    とを具備する電力変換装置において、 順変換器、初期電流抑制抵抗、電磁接触器、平滑コンデ
    ンサ、逆変換器である各部品を接続する主回路導体を一
    つの絶縁性基板上に設け、該主回路導体は各部品のプラ
    ス端子に接続するプラス側主回路導体と、各部品のマイ
    ナス端子に接続するマイナス側主回路導体とからなり、
    かつプラス側主回路導体とマイナス側主回路導体間に絶
    縁部材を介在させて絶縁性基板に積層してパターン化し
    て形成し、主回路導体のパターンを各部品の端子に接続
    することによって絶縁性基板を固定したことを特徴とす
    る電力変換装置。
  12. 【請求項１２】 絶縁性基板上に順変換器及び逆変換器
    を駆動するそれぞれのゲートドライブ回路とそれぞれの
    ゲートドライブ電源部とを設け、主回路導体とともにパ
    ターン配線をしたことを特徴とする請求項８ないし１１
    のいずれかに記載の電力変換装置。
  13. 【請求項１３】 絶縁性基板上に順変換器出力側の電圧
    を検出する電圧検出器と、逆変換器の入力側の電圧を検
    出する電圧検出器とを搭載し、両電圧検出器の配線を主
    回路導体とともにパターン配線をしたことを特徴とする
    請求項８ないし１１のいずれかに記載の電力変換装置。
  14. 【請求項１４】 交流を直流に変換するダイオードモジ
    ュール又は回生制御可能な順変換器と、ダイオードモジ
    ュール又は回生制御可能な順変換器の出力を平滑化する
    平滑コンデンサと、該平滑コンデンサから得られた直流
    電圧を交流の可変電圧、可変周波数に変換する逆変換器
    と、ダイオードモジュール又は回生制御可能な順変換器
    と平滑コンデンサ間に設けた初期電流抑制抵抗と、該初
    期電流抑制抵抗と並列接続する電磁接触器と、逆変換器
    の出力電力を負荷減少時に消費させる発電制動抵抗とを
    具備する電力変換装置において、 ダイオードモジュール又は回生制御可能な順変換器、電
    磁接触器、平滑コンデンサ、逆変換器及び発電制動抵抗
    である各部品を風道内に配設し、各部品を接続する主回
    路導体を一つの絶縁性基板上にパターン化し、該絶縁性
    基板で風道を覆い各部品の端子に主回路導体パターンを
    接続することにより絶縁性基板を固定し、かつダイオー
    ドモジュール又は回生制御可能な順変換器を風道の同一
    領域に選択的に配設し、絶縁性基板上ダイオードモジュ
    ールおよびは回生制御可能な順変換器それぞれの主回路
    導体のパターンを含むことを特徴とする電力変換装置。
  15. 【請求項１５】交流を直流に変換する回生制御型の順変
    換器と、該順変換器の出力を平滑化する平滑コンデンサ
    と、該平滑コンデンサから得られた直流電圧を交流の可
    変電圧、可変周波数に変換し負荷に供給する逆変換器
    と、順変換器と平滑コンデンサ間に設けた初期電流抑制
    抵抗と、該初期電流抑制抵抗と並列接続する電磁接触器
    とを具備する電力変換装置において、 順変換器を、一つの絶縁性基板上に配置した複数の可変
    制御順変換素子と該一つの絶縁性基板上にパターン化し
    て形成し順変換素子間を接続する主回路導体とから構成
    し、更に逆変換器を、別の絶縁性基板上に配置した複数
    の可変制御逆変換素子と該別の絶縁性基板上にパターン
    化して形成し逆変換素子間を接続する主回路導体とから
    構成したことを特徴とする電力変換装置。
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