WO2012067096A1

WO2012067096A1 - コンバータ

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Publication number: WO2012067096A1
Application number: PCT/JP2011/076257
Authority: WO
Inventors: 信一北川; 耕才山本; 洋平橋本
Original assignee: ナブテスコ株式会社
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2012-05-24
Also published as: JP2012110152A

Abstract

【解決手段】　コンバータ（２）では、積層型ブスバーのブスバー（４ｐ）と三相交流電源（９）のＲ相と第１スイッチ素子（８ｒｐ）が接続されている。ブスバー（４ｐ）と三相交流電源（９）のＳ相とに第２スイッチ素子（８ｓｐ）が接続されている。ブスバー（４ｐ）と三相交流電源（９）のＴ相とに第３スイッチ素子（８ｔｐ）が接続されている。ブスバー（４ｎ）と三相交流電源（９）Ｒ相とに第４スイッチ素子（８ｒｎ）が接続されている。ブスバー４ｎと三相交流電源（９）のＳ相とに第５スイッチ素子（８ｓｎ）が接続されている。ブスバー（４ｎ）と三相交流電源（９）のＴ相とに第６スイッチ素子（８ｔｎ）が接続されている。第１スイッチ素子（８ｒｐ）をブスバー（４ｐ）に接続するためにブスバー（４ｐ）に設けられた端子（１０４ａ）と、第４スイッチ素子（８ｒｎ）をブスバー（４ｎ）に接続するためにブスバー（４ｎ）に設けられた端子（１１０ｂ）とが、離れた位置となるように、端子（１０４ａ）と、端子（１１０ｂ）とが配置されている。

Description

コンバータ

　本発明は、コンバータに関し、特に、スイッチ素子の配置に関する。

　直流電源を交流電源に変換するインバータは、複数のスイッチ素子を使用している。これらスイッチ素子は、直流電源にブスバーを介して接続されている。その一例が特許文献１に開示されている。特許文献１では、直流電源の正負両極間に平滑用コンデンサが接続されている。直流電源の正極に接続された一方のブスバーに３つのスイッチ素子の一端がそれぞれ接続されている。これら３つのスイッチ素子にそれぞれ対応する別の３つのスイッチ素子の一端が他方のブスバーに接続されている。３つのスイッチ素子と、これらに対応するスイッチ素子との他端同士がそれぞれ接続されている。これら接続端が、モータに接続されている。２つのブスバーは、板状に形成され、互いに対向するように重ねて配置されている。それら２つのブスバー間に板状樹脂層が形成されている。これら２つのブスバーと板状樹脂層によって積層ブスバーが構成されている。

日本国特許公開公報　特開２００８－２９５２２７号

　特許文献１に開示されているインバータの場合、２つのブスバーの一端間には平滑用コンデンサが接続されているので、各ブスバーを流れる電流は、ほぼ同じ大きさである。しかも、この電流は、同じ経路を反対方向に流れる。その結果、電流によって誘起された磁束がキャンセルされて、浮遊インダクタンスを低減しやすい。しかし、三相交流電源をコンバータで裁断された直流中間電圧に変換し、この直流中間電圧をインバータで所望の交流電圧に変換するインダイレクトマトリクスコンバータでは、コンバータからの直流中間電流が流れる直流中間リンクにブスバーを使用する。このブスバーとしては、特許文献１と同様な積層ブスバーを使用することが考えられる。その場合、その長さ方向の両長手縁それぞれに沿ってコンバータ用のスイッチ素子が配置され、ブスバーの一端部側にインバータ用のスイッチ素子が接続される。即ち、コンバータ用のスイッチ素子とインバータ用のスイッチ素子とが直角に配置される。この場合、積層ブスバーが直流中間リンクとして機能するが、この直流中間リンクに平滑用コンデンサが接続されていない。そのため、各スイッチ素子のスイッチングタイミングによっては、ブスバーの異なる箇所に接続されたスイッチ素子からブスバーに電流が供給される。従って、ブスバーを流れる電流経路は、インバータのブスバーでの平滑コンデンサ以降での直流電流経路よりも長くなる。しかもブスバーを流れる電流経路は、往復で重ならない。その結果、電流によって誘起される磁束をキャンセルすることができず、浮遊インダクタンスを低減することができない。もし浮遊インダクタンスを十分に低減できないなら、インダクタンスに蓄えられたエネルギーによってスイッチ素子にサージが発生するという問題が生じる。この問題は、インダイレクトマトリクスコンバータに使用されているコンバータに限って発生するものではなく、一般的なコンバータにおいても発生する。

　本発明は、ブスバーでの浮遊インダクタンスを低減することができるコンバータを提供することを目的とする。

　本発明の一態様のコンバータは、積層型の一対のブスバーを有している。この一対のブスバーは、第１極性、例えば正極性のブスバーと、第２極性、例えば負極性のブスバーとを備えている。第１極性のブスバーと三相交流電源の第１相とに第１スイッチ素子が接続されている。第１極性のブスバーと前記三相交流電源の第２相とに第２スイッチ素子が接続されている。第１極性のブスバーと前記三相交流電源の第３相とに第３スイッチ素子が接続されている。第２極性のブスバーと前記三相交流電源の第１相とに第４スイッチ素子が接続されている。第２極性のブスバーと前記三相交流電源の第２相とに第５スイッチ素子が接続されている。第２極性のブスバーと前記三相交流電源の第３相とに第６スイッチ素子とが接続されている。第１乃至第６スイッチ素子としては、制御電極を有し、この制御電極に駆動信号が供給されたとき、導通するものを使用することができ、例えばＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＦＥＴ及びバイポーラトランジスタのいずれかを使用することができる。第１スイッチ素子を第１極性のブスバーに接続するために第１極性のブスバーに設けられた第１端子と、第４スイッチ素子を第２極性のブスバーに接続するために第２極性のブスバーに設けられた第２端子とが、互いに離れた位置となるように、配置されている。

　同時に閉成されるスイッチ素子間の距離が長いと、ブスバー上を電流が流れる距離が長くなり、浮遊インダクタンスが大きくなる。このコンバータでは、三相交流電源の同じ相に接続されており、同時に閉成されることが禁止されている第１及び第４のスイッチ素子が、互いの距離が長くなる位置に配置されている。従って、長い距離を電流が流れることがなく、浮遊インダクタンスが大きくなることを防止できる。

　さらに、前記第１乃至第６のスイッチ素子を、前記１対のブスバーの両側に配置することができる。このとき、三相交流電源の同じ相に接続される第１スイッチ素子と第４スイッチ素子とが対角に配置されている。

　２つのスイッチ素子を配置する場合、ブスバーの対角の位置に配置すると、両スイッチ素子の距離が最も長くなる。上述したように同時に閉成されることが禁止された第１及び第４のスイッチ素子の距離が最も長いので、浮遊インダクタンスをより低減させることができる。

　或いは、第４スイッチ素子の隣に第２スイッチ素子を配置することができる。第４スイッチ素子と第２スイッチ素子とは、三相交流電源の異なる相に接続されているので、両者が同時に閉成され、両者の間にあるブスバーの部分を電流が流れることがある。同時に閉成されることがある第２及び第４スイッチ素子を隣接して配置することによって両者の距離を短くすることができるので、浮遊インダクタンスをより低減させることができる。

　さらに、第１乃至第６スイッチ素子を、前記一対のブスバーの両側に配置し、一方の側には第４スイッチ素子と第６スイッチ素子を配置し、これらの間に第２スイッチ素子を配置し、他方の側には第１スイッチ素子と第３スイッチ素子とを配置し、これらの間に第５スイッチ素子を配置することもできる。第１スイッチ素子と第５スイッチ素子とが同時に閉成され、第１スイッチ素子と第６スイッチ素子とが同時に閉成され、第２スイッチ素子と第４スイッチ素子とが同時に閉成され、第２スイッチ素子と第６スイッチ素子とが同時に閉成され、第３スイッチ素子と第４スイッチ素子とが同時に閉成され、第３スイッチ素子と第５スイッチ素子とが同時に閉成される。上述したように第１乃至第６スイッチ素子を配置すると、第１スイッチ素子と第５スイッチ素子間の距離、第１スイッチ素子と第６スイッチ素子間の距離、第２スイッチ素子と第４スイッチ素子間の距離、第２スイッチ素子と第６スイッチ素子間の距離、第３スイッチ素子と第４スイッチ素子間の距離、第３スイッチ素子と第５スイッチ素子間の距離をそれぞれ短くすることができ、浮遊インダクタンスを低減させることができる。

本発明の１実施形態のインダイレクトマトリクスコンバータの回路図である。図１のインダイレクトマトリクスコンバータの平面図である。図１のインダイレクトマトリクスコンバータで使用する１対のブスバーの平面図とこれら１対のブスバーを積層した状態の平面図である。図１のインダイレクトマトリクスコンバータのスイッチングモードを示す図である。図１のインダイレクトマトリクスコンバータにおけるコンバータの各スイッチ素子の配置を模式的に示した図と、従来のインダイレクトマトリクスコンバータにおけるコンバータのスイッチ素子の配置を模式的に示した図である。図５の２つの配置におけるスイッチ素子間の距離及びそれらの間で発生するインダクタンスを示す図である。

　本発明の第１の実施形態のインダイレクトマトリクスコンバータは、図１に示すように、第１の変換器、例えばコンバータ２と、１対の直流中間リンク４ｐ及び４ｎと、第２の変換器、例えばインバータ６とを、有している。

　コンバータ２は、スイッチ素子８ｒｐ、８ｒｎ、８ｓｐ、８ｓｎ、８ｔｐ及び８ｔｎを有している。スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ及び８ｔｐではいずれも、例えばＩＧＢＴ１０ａｐ及び１０ｂｐのエミッタ同士が接続されている。これらＩＧＢＴ１０ａｐ及び１０ｂｐのコレクタ及びエミッタ間に逆並列にダイオード１２ａｐ及び１２ｂｐが接続されている。スイッチ素子８ｒｐ、８ｒｎ、８ｓｐ、８ｓｎ、８ｔｐ及び８ｔｎは、それぞれ１つのモジュールに構成されている。スイッチ素子８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎも、同様にＩＧＢＴ１０ａｎ及び１０ｂｎ、ダイオード１２ａｎ及び１２ｂｎを接続したもので、１つのモジュールに構成されている。

　スイッチ素子８ｒｐ（以下、第１スイッチ素子と称する。）の一端、即ちＩＧＢＴ１０ａｐのコレクタが直流中間リンク４ｐに接続され、他端、即ち、ＩＧＢＴ１０ｂｐのコレクタがスイッチ素子８ｒｎ（以下第４スイッチ素子と称する）の一端、即ち、ＩＧＢＴ１０ａｎのコレクタに接続されている。第４スイッチ素子８ｒｎの他端、即ち、ＩＧＢＴ１０ｂｎのコレクタが直流中間リンク４ｎに接続されている。このように、第１及び第４スイッチ素子８ｒｐ及び８ｒｎは、直流中間リンク４ｐ及び４ｎ間に直列に接続されている。第１及び第４スイッチ素子８ｒｐ及び８ｒｎの接続点が、三相交流電源９のＲ相に接続されている。即ち、この接続点がＲ相の入力側とされている。

　同様に、スイッチ素子８ｓｐ及び８ｓｎ（以下第２及び第５スイッチ素子と称する）の直列回路と、スイッチ素子８ｔｐ及び８ｔｎ（以下第３及び第６スイッチ素子と称する。）の直列回路とが、直流中間リンク４ｐ及び４ｎ間に接続されている。第２及び第５スイッチ素子８ｓｐ及び８ｓｎの接続点が、三相交流電源９のＳ相に接続され、この接続点がＳ相の入力側とされている。第３及び第６スイッチ素子８ｔｐ及び８ｔｎの接続点が三相交流電源９のＴ相に接続され、この接続点がＴ相の入力側とされている。

　コンバータ２は、三相交流電圧を直流中間電圧に変換して、直流中間リンク４ｐ及び４ｎ間に出力する。なお、コンバータ２の入力側では、各相Ｒ、Ｓ及びＴ間に入力フィルタコンデンサ１４ｒｓ、１４ｓｔ及び１４ｔｒが接続されている。

　インバータ６は、スイッチ素子１６ａ、１６ｂ及び１６ｃを有している。スイッチ素子１６ａは、例えばＩＧＢＴ１８ｐ及び１８ｎを有している。ＩＧＢＴ１８ｐのコレクタが直流中間リンク４ｐに接続され、ＩＧＢＴ１８ｐのエミッタがＩＧＢＴ１８ｎのコレクタに接続され、ＩＧＢＴ１８ｎのエミッタが直流中間リンク４ｎに接続されている。ＩＧＢＴ１８ｐ及び１８ｎそれぞれのコレクタ・エミッタ間には逆並列にダイオード２０ｐ及び２０ｎが接続されている。ＩＧＢＴ１８ｐ及び１８ｎの接続点が、負荷、例えば電動アクチュエータ１９のｕ相に接続されている。スイッチ素子１６ａ（以下、第７スイッチ素子と称する）は、１つのモジュールに構成されている。

　スイッチ素子１６ｂ及び１６ｃ（以下、第８及び第９スイッチ素子と称する。）も、同様に２つのＩＧＢＴ１８ｐ及び１８ｎ並びにダイオード２０ｐ及び２０ｎを有し、第７スイッチ素子１６ａと同様に、直流中間リンク４ｐ及び４ｎ間に接続されている。ＩＧＢＴ１８ａ及び１８ｂの接続点が、第８スイッチ素子１６ｂでは、電動アクチュエータのｖ相に接続され、第９スイッチ素子１６ｃでは、電動アクチュエータのｗ相に接続されている。第８及び第９スイッチ素子１６ｂ及び１６ｃも、それぞれ１つのモジュールに構成されている。

　第７乃至第９スイッチ素子１６ａ、１６ｂ及び１６ｃのＩＧＢＴ１８ｐ及び１８ｎには、それぞれスナバ回路２２ｐ、２２ｎが設けられている。スナバ回路２２ｐでは、ＩＧＢＴ１８ｐのコレクタにスナバコンデンサ２４ｐの一端が接続され、他端がスナバダイオード２６ｐのアノードに接続され、カソードがＩＧＢＴ１８ｐのエミッタに接続されている。スナバコンデンサ２４ｐとスナバダイオード２６ｐとの接続点は放電用抵抗器２８ｐによって直流中間リンク４ｎに接続されている。同様に、スナバ回路２２ｎは、ＩＧＢＴ１８ｎのコレクタにスナバダイオード２６ｎのアノードが接続され、カソードがスナバコンデンサ２４ｎの一端に接続されている。スナバコンデンサ２４ｎの他端はＩＧＢＴ１８ｎのエミッタに接続されている。スナバダイオード２６ｎとスナバコンデンサ２４ｎとの接続点は、放電用抵抗器２８ｎによって直流中間リンク４ｐに接続されている。

　なお、直流中間リンク４ｐ及び４ｎ間には、蓄電手段、例えば電気二重層コンデンサや、これに対する充放電用のチョッパを設けることがある。しかし、電気二重層コンデンサやチョッパは、図１では省略されている。インダイレクトマトリクスコンバータの動作は公知であるので、動作の詳細な説明は省略する。

　このインダイレクトマトリクスコンバータは、図２に示すように、基板３０上に構成されている。基板３０は、ヒートシンクであることが多いが、その平面形状は例えば矩形状に形成されている。

　第１乃至第６スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ、８ｔｐ、８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎのモジュールは、いずれも概略直方体状に形成されている。基板３０の一方の面上に、基板３０の長辺に沿って、一方の短辺側から第３スイッチ素子８ｔｐ、第５スイッチ素子８ｓｎ及び第１スイッチ素子８ｔｐが、この順に一列に配置されている。これら第３スイッチ素子８ｔｐ、第５スイッチ素子８ｓｎ及び第１スイッチ素子８ｔｐの列に並んで、第４スイッチ素子８ｒｎ、第２スイッチ素子８ｓｐ及び第６スイッチ素子８ｔｎが、一方の短辺側から一列に配置されている。第３スイッチ素子８ｔｐと第４スイッチ素子８ｒｎとが一直線上に所定の間隔をおいて位置している。第５スイッチ素子８ｓｎと第２スイッチ素子８ｓｐとが一直線上に所定の間隔をおいて位置している。第１スイッチ素子８ｒｐと第６スイッチ素子８ｔｎとが所定の間隔をおいて一直線上に位置している。これによって、第１スイッチ素子８ｒｐ、第３スイッチ素子８ｔｐ、第４スイッチ素子８ｒｎ及び第６スイッチ素子８ｔｎは、仮想の長方形のそれぞれ４隅に位置する。

　図１に示すように、直列に接続される第１スイッチ素子８ｒｐと第４スイッチ素子８ｒとが上記仮想の長方形の対角に位置している。同じく直列に接続される第３スイッチ素子８ｔｐと第６スイッチ素子８ｔｎとが上記仮想の長方形の対角に位置している。それぞれが直流中間リンク４ｎに接続される第４スイッチ素子８ｒｎと第６スイッチ素子８ｔｎとの間に、直流中間リンク４ｐに接続される第２スイッチ素子８ｓｐが位置している。これによって、第２スイッチ素子８ｓｐが第４スイッチ素子８ｒｎと第６スイッチ素子８ｔｎとに隣接して位置している。同様に直流中間リンク４ｐに接続される第３スイッチ素子８ｔｐと第１スイッチ素子８ｒｐとの間に、直流中間リンク４ｎに接続される第５スイッチ素子８ｓｎが位置している。これによって、第５スイッチ素子８ｓｎは、第３スイッチ素子８ｔｐと第１スイッチ素子８ｒｐとに隣接している。

　第１乃至第６スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ、８ｔｐ、８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎの上面には、３つの端子が、それらの長さ方向に沿って一列に設けられている。

　第１乃至第６スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ及び８ｔｐでは、端子３２ｄｃｐが、端子列の一方の端に設けられている。端子３２ｄｃｐは、その直流の電気ポート、即ちＩＧＢＴ１０ａｐのコレクタに接続されている。この端子３２ｄｃｐに隣接してＩＧＢＴ１０ａ及び１０ｂのゲートに接続された端子３２ｇｐが設けられている。この端子３２ｇｐに隣接して、端子３２ａｃｐが設けられている。この端子３２ａｃｐは、第１乃至第３スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ及び８ｔｐの交流の電気ポート、即ちＩＧＢＴ１０ｂｐのコレクタに接続されている。第１乃至第３スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ及び８ｔｐは、それらの端子３２ｄｃｐが、基板３０の中央側に位置するように配置されている。

　第４乃至第６スイッチ素子８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎでは、端子３２ｄｃｎが、端子列の一方の端に設けられている。端子３２ｄｃｎは、その直流の電気ポート、即ちＩＧＢＴ１０ｂｎのコレクタに接続されている。この端子３２ｄｃｎに隣接してＩＧＢＴ１０ａｎ及び１０ｂｎのゲートに接続された端子３２ｇｎが設けられている。この端子３２ｇｎに隣接して、端子３２ａｃｎが設けられている。この端子３２ａｃｎは、第４乃至第６スイッチ素子８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎの交流の電気ポート、即ち、ＩＧＢＴ１０ａｎのコレクタに接続されている。第４乃至第６スイッチ素子８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎは、それらの端子３２ｄｃｎが、基板３０の中央側に位置するように配置されている。

　第７乃至第９スイッチ素子１６ａ、１６ｂ及び１６ｃのモジュールも、概略直方体状に形成されている。このモジュールの上面の一方の端には、その直流の電気ポート、即ち、ＩＧＢＴ１８ｐのコレクタに接続された端子３６ｐと、ＩＧＢＴ１８ｎのエミッタに接続された端子３６ｎとが並んで配置され、他方の端には、その交流口、即ち、ＩＧＢＴ１８ｐのコレクタに接続された端子３４ａｃｐと、ＩＧＢＴ１８ｎのエミッタに接続された端子３４ａｃｎとが並んで配置されている。第７乃至第９スイッチ素子１６ａ、１６ｂ及び１６ｃは、第１乃至第６スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ、８ｔｐ、８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎの２列に対して間隔を開けて直角に位置するように配置されている。そして、第７乃至第９スイッチ素子１６ａ、１６ｂ及び１６ｃでは、端子３６ｐ及び３６ｎが、第１乃至第６スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ、８ｔｐ、８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎ側に位置するように、配置されている。

　これら端子３２ｄｃｐ、３２ｄｃｎ、３６ｐ及び３６ｎの上方に、直流中間リンク４ｐ及び４ｎとして機能するブスバーが配置されている。以下、第１の極性のブスバー、例えば直流中間リンク４ｐに対応するブスバーに符号４ｐを付し、第２の極性のブスバー、例えば直流中間リンク４ｎに対応するブスバーに符号４ｎを付す。図３（ａ）、（ｂ）に示すようにブスバー４ｐ及び４ｎが、コンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｐ及び１００ｎと、インバータ用スイッチ素子接続部分１０２ｐ及び１０２ｎとから構成されている。コンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｐ及び１００ｎは、同じ大きさの長方形状に形成されている。インバータ用素子接続部分１０２ｐ及び１０２ｎは同じ大きさの長方形状に形成されている。コンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｐ及び１００ｎと、インバータ用素子接続部分１０２ｐ及び１０２ｎとは、互いに直角になるように配置されている。

　コンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｐの一方の長手縁における一方の端の近傍、即ちコンバータ用スイッチ素子接続部分１０２ｐとの接続部分の近傍に、第１端子、例えば第１スイッチ素８ｒｐ接続用の端子１０４ａが形成されている。また、コンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｐの一方の長手縁における他方の端に、第１端子、例えば第３スイッチ素子接続用端子１０４ｂが形成されている。端子１０４ａ及び１０４ｂは同一形状及び同一面積のものである。また、コンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｐの他方の長手縁の中間には、第２スイッチ素子８ｓｐ接続用の端子１０６が形成されている。

　同様に、コンバータ用素子接続部分１００ｎの一方の長手縁の中間には、第５スイッチ素子８ｓｎ接続用の端子１０８が形成されている。コンバータ用素子接続部分１００ｎの他方の長手縁における一方の端の近傍、即ちコンバータ用スイッチ素子接続部分１０２ｎとの接続部分の近傍に、第２端子、例えば第６スイッチ素８ｔｎ接続用の端子１１０ａが形成されている。また、コンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｎの他方の長手縁における他方の端に、第２端子、例えば第４スイッチ素子接続用端子１１０ｂが形成されている。端子１１０ａ及び１１０ｂは同一形状及び同一面積のものである。

　同図（ｃ）に示すようブスバー４ｐ、４ｎを重ねた場合、端子１０４aが端子１１０ａと同一直線上に位置し、端子１０４ｂが端子１１０ｂと同一直線上に位置し、端子１０６が端子１０８と同一直線上に位置する。ここで、端子１０４ａと端子１１０ｂとが対角に位置し、端子１０４ｂが端子１１０ａとが対角に位置する。

　インバータ用スイッチ素子接続部分１０２ｐには、コンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｐが接続されている長手縁と反対側の長手縁の一方の端側から所定の間隔をおいて、第７乃至第９スイッチ素子１６ａ、１６ｂ、１６ｃの端子３６ｐに接続用の端子１１２が形成されている。同様に、インバータ用スイッチ素子接続部分１０２ｎには、コンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｎが接続されている長手縁と反対側の長手縁の一方の端側から所定の間隔をおいて、インバータ用スイッチ素子１６ａ、１６ｂ、１６ｃの端子３６ｎに接続用の端子１１４が形成されている。同図（ｃ）に示すようブスバー４ｐ、４ｎを重ねた場合、端子１１２、１１２及び１１２が端子１１４、１１４及び１１４と隣接して位置する。この状態で、端子１１２、１１２及び１１２の距離は等しく、また、端子１１４、１１４及び１１４の距離も等しい。

　インバータ用スイッチ素子接続部分１０２ｐ及び１０２ｎの一方の端側には、ブスバー４ｐ及び４ｎを重ねた状態で並ぶように、直流中間リンクに接続される蓄電手段、例えば電気二重層コンデンサ（図示せず）接続用の端子１１６及び１１８が形成されている。また、インバータ用スイッチ素子接続部分１０２ｐ及び１０２ｎの他方の端部側は、外方に一直線上に延長され、その延長部分のコンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｐ及び１００ｎと反対側の端には、ブスバー４ｐ及び４ｎを重ねた状態で並ぶように、上述した二重層コンデンサに対して充放電する際に使用するチョッパ（図示せず）の接続用端子１２０及び１２２が形成されている。

　このインダイレクトマトリクスコンバータでは、ブスバー４ｐ及び４ｎが絶縁紙（図示せず）を介して重なられて、積層型のブスバーとされる。コンバータ用スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｎ及び８ｔｐが、ブスバー４ｐ及び４ｎのコンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｐ及び１００ｎの一方の長手縁側に位置するように、コンバータ用スイッチ素子８ｔｎ、８ｓｐ及び８ｒｎが、ブスバー４ｐ及び４ｎの他方の長手縁側に位置するように、ブスバー４ｐ及び４ｎのコンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｐ及び１００ｎを、コンバータ用スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｎ及び８ｔｐの列と、８ｔｎ、８ｓｐ及び８ｒｎの列との間に配置してある。端子１０４ａ、１０４ｂ及び１０６には、第１スイッチ素子８ｒｐ、第３スイッチ素子８ｔｐ及び第２スイッチ素子８ｓｐの各端子３４ｄｃｐが接続され、端子１０８ａ、１０８ｂ及び１１０には、第６スイッチ素子８ｔｎ、第４スイッチ素子８ｒｎ及び第２スイッチ素子８ｓｐの各端子３４ｄｃｎが接続されている。

　上記のようにブスバー４ｐ及び４ｎのコンバータ用スイッチ素子接続部分１００ｐ及び１００ｎを配置したとき、インバータ用スイッチ素子接続部分１０２ｐ及び１０２ｎにおける第１変換器用スイッチ素子接続部分１００ｐ及び１００ｎと反対側には、インバータ用スイッチ素子１６ａ、１６ｂ及び１６ｃが、インバータ用スイッチ素子接続部分１０２ｐ及び１０２ｎの長手縁に沿って位置している。そして、端子１２０及び１２２には、インバータ用スイッチ素子１６ａ、１６ｂ及び１６ｃの端子３６ｐ及び３６ｎがそれぞれ接続されている。

　なお、図２では、スナバ回路２２ｐ及び２２ｎは省略してある。

　図４は、コンバータ２が動作する際に、第１乃至第６スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ、８ｔｐ、８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎのいずれといずれとが同時に閉成されるかのスイッチングパターンを示したものである。パターン１では、第５スイッチ素子８ｓｎと第３スイッチ素子８ｔｐとが同時に閉成される。パターン２では、第２スイッチ素子８ｓｐと第６スイッチ素子８ｔｎとが同時に閉成される。パターン３では、第４スイッチ素子８ｒｎと第３スイッチ素子ｔｐとが同時に閉成される。パターン４では、第４スイッチ素子８ｒｎと第２スイッチ素子８ｓｐとが同時に閉成される。パターン５では、第１スイッチ素子８ｒｐと第６スイッチ素子８ｔｎとが同時に閉成される。パターン６では、第１スイッチ素子８ｒｐと第５スイッチ素子８ｓｐとが同時に閉成される。

　図４から明らかなように、三相交流電源の同一相Ｒに接続されている第１及び第４スイッチ素子８ｒｐ及び８ｒｎが同時に閉成されることはない。同様に三相交流電源の同一相Ｓに接続されている第２及び第５スイッチ素子８ｓｐ及び８ｓｎが同時に閉成されることはない。三相交流電源の同一相Ｔに接続されている第３及び第６スイッチ素子８ｔｐ及び８ｔｎが同時に閉成されることはない。同時に閉成されることがない第１及び第４スイッチ素子８ｒｐ及び８ｒｎが最も両者の距離が長くなる対角に位置し、同時に閉成されることがない第３及び第６スイッチ素子８ｔｐ及び８ｔｎが両者の距離が最も長くなる対角に位置している。

　図５（ａ）に、上述した第１乃至第６スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ、８ｔｐ、８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎの配置を模式的に示す。図５（ｂ）に従来のコンバータにおける第１乃至第６スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ、８ｔｐ、８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎの配置を模式的に示す。従来のコンバータでは、ブスバー４ｐに接続されている第１乃至第３のスイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ及び８ｔｐが一列に配置され、ブスバー４ｎに接続されている第４乃至第６スイッチ素子８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎが一列に配置されている。従来の配置とコンバータ２の配置とを比較すると、第１及び第３のスイッチ素子８ｒｐ、８ｔｐの位置が入れ替わり、第２及び第５スイッチ素子８ｓｐ及び８ｓｎの位置が入れ替わったものである。

　図５（ａ）及び（ｂ）における第１乃至第６スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ、８ｔｐ、８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎの距離関係が同一であるとすると、パターン１の場合、同時に閉成される第５スイッチ素子８ｓｎと第３スイッチ素子８ｔｐとのブスバー４ｐ、４ｎを通った距離は、図６に示すように、図５（ａ）の場合６６ｍｍであり、図５（ｂ）の場合、９１．９３ｍｍである。

　パターン２の場合、同時に閉成される第２及び第６スイッチのブスバー４ｐ及び４ｎを通った距離は、図５（ａ）の場合６６ｍｍであり、図５（ｂ）の場合、９１．９３ｍｍである。

　パターン３の場合、同時に閉成される第４及び第３スイッチ素子８ｒｎ及び８ｔｐのブスバー４ｐ及び４ｎを通った距離は、図５（ａ）の場合６４ｍｍであり、図５（ｂ）の場合１４６．７ｍｍである。

　パターン４の場合、同時に閉成される第４及び第１スイッチ８ｒｎ及び８ｓｐ間のブスバー４ｐ及び４ｎを通った距離は、図５（ａ）の場合６６ｍｍであり、図５（ｂ）の場合９１．９３ｍｍである。

　パターン５の場合、同時に閉成される第１及び第６スイッチ素子８ｒｐ及び８ｔｎ間のブスバー４ｐ及び４ｎを通った距離は、図５（ａ）の場合６４ｍｍであり、図５（ｂ）の場合１４６．７ｍｍである。

　パターン６の場合、同時に閉成される第１及び第５スイッチ素子８ｒｐ及び８ｓｎ間のブスバー４ｐ及び４ｎを通った距離は、図５（ａ）の場合６６ｍｍであり、図５（ｂ）の場合９１．９３ｍｍである。

　図６から明らかなように、図５（ａ）に示すコンバータでの第１乃至第６スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ、８ｔｐ、８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎの配置により、同時に閉成されるスイッチ素子間の距離を、従来の配置よりも短くすることができる。特にパターン３の第３及び第４スイッチ素子８ｔｐ及び８ｒｎ間の距離、パターン５の第１及び第６スイッチ８ｒｐ及び８ｔｎ間の距離は、従来のものの１／２以下であり、それら以外でも概ね２／３の長さとなっている。その結果、図６に示すように発生するインダクタンスも。図５（ａ）に示す配置とした方が、図５（ｂ）の配置よりも小さくすることができる。

　上記の実施形態では、第１乃至第９スイッチ素子８ｒｐ、８ｒｓ、８ｓｐ、８ｓｎ、８ｔp、８ｔｓ及び１６ａ乃至１６ｃには、それぞれＩＧＢＴを使用したが、これらに限ったものではなく、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＦＥＴ及びバイポーラトランジスタ等も使用することができる。

　上記の実施形態では、スイッチ素子８ｒｐを第１スイッチ素子と認識し、スイッチ素子８ｔｐを第３スイッチ素子と認識し、スイッチ素子８ｒｎを第４スイッチ素子と認識し、スイッチ素子８ｔｎを第６スイッチ素子と認識し説明した。しかし、スイッチ素子８ｔｐを第１スイッチ素子と、スイッチ素子ｒｐを第３スイッチ素子と、スイッチ素子８ｔｎを第４スイッチ素子と、スイッチ素子８ｒｎを第６スイッチ素子とそれぞれ認識することもできる。

　上記の実施形態では、ブスバー４ｐ及び４ｎをＴ字状として、インバータ用のスイッチ素子１６ａ乃至１６ｃを、コンバータ用の第１乃至第６スイッチ素子８ｒｐ、８ｓｐ、８ｔｐ、８ｒｎ、８ｓｎ及び８ｔｎに対して直角となるように配置したが、これに限ったものではない。例えばインバータ用素子接続部分１０２ｐ及び１０２ｎを除去し、その代わりに、コンバータ用素子接続部分１００ｐ及び１００ｎをその長さ方向に延長し、インバータ用素子接続部分１００ｐの延長部分の一方の長手縁に沿って間隔をおいて端子１１２を設け、インバータ用素子接続部分１００ｐの延長部分の一方の長手縁に沿って間隔をおいて端子１１４を設け、第７乃至第９のスイッチ素子１６ａ乃至１６ｃを、第１スイッチ素子８ｒｐ、第５スイッチ素子８ｓｎ、第３スイッチ素子８ｔｐと同じ列に位置するように、或いは、第６スイッチ素子８ｔｎ、第２スイッチ素子８ｓｐ、第４スイッチ素子８ｒｎと同じ列に位置するように配置し、第１端子１１２に第７乃至第９スイッチ素子１６ａ乃至１６ｃの端子３６ｐを、第２端子１１４に第７乃至第９スイッチ素子１６ａ乃至１６ｃの端子３６ｎをそれぞれ接続することもできる。

　上記の実施形態では、本発明をインダイレクトマトリクスコンバータに実施したが、これに限ったものではなく、例えば三相交流電源を直流電源に変換するために使用する通常のコンバータに実施することもできる。

Claims

　第１極性のブスバーと第２極性のブスバーとを備える積層型の一対のブスバーと、
　第１極性のブスバーと三相交流電源の第１相とに接続された第１スイッチ素子と、
　第１極性のブスバーと前記三相交流電源の第２相とに接続された第２スイッチ素子と、
　第１極性のブスバーと前記三相交流電源の第３相とに接続された第３スイッチ素子と、
　第２極性のブスバーと前記三相交流電源の第１相とに接続された第４スイッチ素子と、
　第２極性のブスバーと前記三相交流電源の第２相とに接続された第５スイッチ素子と、
　第２極性のブスバーと前記三相交流電源の第３相とに接続された第６スイッチ素子とを、
備え、前記第１乃至第６のスイッチ素子は隣接して配置されたコンバータにおいて、
　第１スイッチ素子が第１極性のブスバーに接続されるように第１極性のブスバーに設けた第１端子と、第４スイッチ素子が第２極性のブスバーに接続されるように第２極性のブスバーに設けたれた第２端子とが、離れた位置となるように配置したコンバータ。
　請求項１記載のコンバータにおいて、前記第１乃至第６のスイッチ素子は、前記１対のブスバーの両側に配置され、第１スイッチ素子と第４スイッチ素子とは対角に配置されたコンバータ。
　請求項１記載のコンバータにおいて、第４スイッチ素子の隣に第２スイッチ素子を配置したコンバータ。
　請求項３記載のコンバータにおいて、第１乃至第６スイッチ素子は、前記一対のブスバーの両側に配置され、一方の側には第４スイッチ素子と第６スイッチ素子との間に第２スイッチ素子が配置され、他方の側には第１スイッチ素子と第３スイッチ素子との間に第５スイッチ素子が配置されているコンバータ。