WO2012165104A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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bidirectional switching
power
capacitors
phase
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博憲 小屋野
孝雅 中村
真生 齊藤
光治 山本
勉 松川
学 越條
伊東　淳一
喜也 大沼
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日産自動車株式会社
国立大学法人長岡技術科学大学
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Definitions

  • the present invention relates to a power converter for directly converting commercial frequency AC power into arbitrary AC power.
  • a matrix converter is known as a power converter that converts the AC power directly into the AC power with high efficiency because the number of parts constituting the device is small and the device can be miniaturized (Patent Document 1).
  • the filter capacitors constituting the filter circuit are arranged in a line in the vertical direction on the substrate and incorporated in the unit case, but are connected to an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) as a switching means.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • An object of the present invention is to provide a power converter that can shorten the wiring distance between a filter capacitor and a switching element.
  • three filter capacitors are arranged at each vertex of a triangle in a plane parallel to the mounting surface of the switching element.
  • the wiring distance between each filter capacitor and each switching element can be made uniform, and as a result, the wiring distance can be shortened.
  • FIG. 4 is a plan view showing another layout of the IGBT and the filter capacitor of FIG. 3.
  • FIG. 4B is a side view of FIG.
  • FIG. 5 is a plan view and a side view showing still another layout of the IGBT and the filter capacitor of FIG. 3. It is the top view and side view which show other layout of IGBT of FIG. 3, and a filter capacitor. It is an electric circuit diagram which shows the power conversion system to which other embodiment of this invention is applied. It is the top view and side view which show the layout of IGBT of the power converter device of FIG. 7, and a filter capacitor. It is the top view and side view which show other layout of IGBT of the power converter device of FIG. 7, and a filter capacitor.
  • the power conversion system 1 of this example directly converts the three-phase AC power supplied from the three-phase AC power source 2 into single-phase AC power by the power conversion device 3 according to the embodiment of the present invention, and converts this to the transformer 4
  • the voltage is stepped up or down to an appropriate voltage and then converted into DC power by the rectifier 5 to charge the secondary battery 6.
  • Reference numeral 7 denotes a smoothing circuit.
  • each phase of the output lines (indicated by R phase, S phase, and T phase) supplied with three-phase AC power from the three-phase AC power source 2 attenuates harmonics as a noise countermeasure.
  • a filter circuit 8 is provided.
  • the filter circuit 8 of this example includes three filter reactors 81 connected to the phases R, S, and T, and six filter capacitors 82L and 82R connected between the phases R, S, and T.
  • the layout of filter capacitors 82L and 82R (indicated by filter capacitors 821 to 836 in FIGS. 3 to 6) will be described later.
  • the power conversion device 3 of this example includes six bidirectional switching elements 31 arranged in a matrix corresponding to the R phase, the S phase, and the T phase.
  • a single bidirectional switching element is generically described using reference numeral 31, while a specific element of the six bidirectional switching elements as shown in FIG. 1 is denoted by reference numerals 311 to 316. I will explain.
  • Each of the bidirectional switching elements 31 of this example is composed of an IGBT module in which an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), which is a semiconductor switching element, is connected in reverse parallel with a free-wheeling diode.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the configuration of one bidirectional switching element 31 is not limited to that shown in the figure, but may be a configuration in which, for example, two reverse blocking IGBT elements are connected in antiparallel.
  • Each of the bidirectional switching elements 31 includes an input side and an output of the bidirectional switching element 31 in order to protect the bidirectional switching element 31 from a surge voltage generated by the ON / OFF operation of the bidirectional switching element 31.
  • a snubber circuit 32 in which one snubber capacitor and three diodes are combined is provided.
  • reference numeral 32 is used to collectively refer to one snubber circuit
  • reference numerals 321 to 326 are used to indicate a specific snubber circuit among the six snubber circuits as shown in FIG.
  • the power conversion system 1 of the present example includes a matrix converter control circuit 9 for ON / OFF control of each of the bidirectional switching elements 31 of the power conversion device 3.
  • the matrix converter control circuit 9 receives the voltage value supplied from the three-phase AC power source 2, the DC current value currently being output, and the target current command value as input, and based on these, the respective gate signals of the bidirectional switching element 31 are supplied. By controlling and adjusting the single-phase AC power output to the transformer 4, DC power that matches the target is obtained.
  • the transformer 4 boosts or lowers the voltage of the single-phase AC power converted by the power converter 3 to a predetermined value.
  • the rectifier 5 includes four rectifier diodes, and converts the regulated single-phase AC power into DC power.
  • the smoothing circuit 7 includes a coil and a capacitor, and smoothes the pulsating current included in the rectified direct current to a state closer to direct current.
  • the three-phase AC power supplied from the three-phase AC power source 2 is directly converted into single-phase AC power by the power converter 3 and adjusted to an appropriate voltage. After being pressed, it is converted to DC power. Thereby, the secondary battery 6 is charged.
  • the above-described power conversion system 1 is an example to which the power conversion device 3 according to the present invention is applied, and the present invention is not limited to application to the power conversion system 1. That is, as long as at least one of the conversion source power and the conversion destination power is polyphase AC power, it can be applied to other power conversion systems.
  • FIG. 2 consists of FIGS. 2A to 2D.
  • 2A is a plan view showing a state in the middle of assembly in which six bidirectional switching elements 31 (one of which is also referred to as an IGBT module) are mounted on the upper surface of the heat sink 10, and FIG. 2B shows each bidirectional switching.
  • FIG. 2C is a plan view showing a state where the bus bar for connecting the terminal of the element 31 is mounted, and FIG. 2C shows three diodes constituting the snubber circuit 32 and three of the filter capacitors 82 of the filter circuit 8 on the left side.
  • FIG. 2D is a side view of a plan view showing a state where the filter capacitor is mounted and during assembly. Since the components constituting the power conversion device 3 of this example overlap each other in plan view, the main part will be shown in a separate figure in the following description.
  • the bidirectional switching element 31 of the present example is a midpoint terminal of two IGBTs paired with the input side terminal and the output side terminal of the bidirectional switching element 31 on the upper surface of the module package. And are provided.
  • the leftmost terminals of the three bidirectional switching elements 311, 313, and 315 are input terminals, the rightmost terminals are output terminals, and the middle terminals are intermediate points. Terminal.
  • the rightmost terminals of the three bidirectional switching elements 312, 314 and 316 on the right side are input terminals, the leftmost terminal is an output terminal, and the central terminal is Intermediate point terminal.
  • the gate terminal of the bidirectional switching element 31 is provided in another part of the module package, the illustration thereof is omitted.
  • the six bidirectional switching elements 311 to 316 are fixed to the upper surface of the heat sink 10 by fixing means such as bolts.
  • These six bidirectional switching elements 311 to 316 are composed of a pair of bidirectional switching elements 311 and 312, bidirectional switching elements 313 and 314, and bidirectional switching elements 315 and 316, respectively.
  • bidirectional switching element Reference numerals 313 and 314 and bidirectional switching elements 315 and 316 are arranged on the left and right of the center line CL, respectively.
  • this arrangement is also referred to as “arranged in parallel to the center line CL or the output lines P and N connecting the output terminals”.
  • the arrangement is different from the arrangement shown in FIG.
  • the paired bidirectional switching elements are a pair of bidirectional switching elements connected to the same phase R, S, T of the input line.
  • the bidirectional switching elements 311 and 312, the bidirectional switching elements 313 and 314, and the bidirectional switching elements 315 and 316 that are paired are arranged side by side on the left and right sides of the center line CL, so that the output lines P and N
  • the layout allows the (bus bars 331 and 332) to be drawn out in one direction with the shortest distance. If the wiring length to which the high-frequency AC power is output is long, it is easily affected by the L component. Therefore, according to the arrangement of this example, the influence of the L component can be suppressed. This is an advantageous effect compared with the arrangement according to another example of FIG. That is, the output lines P and N are almost in a straight line until reaching the transformer 4.
  • the rightmost terminals of the bidirectional switching elements 311, 313, and 315 on the left side of the center line CL are all output terminals, and the leftmost terminals are all input terminals.
  • the leftmost terminals of the bidirectional switching elements 312, 314, and 316 on the right side of the center line CL are all output terminals, and the rightmost terminals are all input terminals.
  • One input line R, S, T branched from the input line of the three-phase AC power supply 2 is connected to the center line CL at the leftmost input terminal of the bidirectional switching elements 311, 313, 315 on the left side of the center line CL.
  • the other input lines R, S, branched from the input lines of the three-phase AC power source 2 are connected to the right end input terminals of the bidirectional switching elements 312, 314, 316 on the right side of the center line CL.
  • T is connected toward the center line CL. That is, the R phase is connected to the input terminals of the bidirectional switching elements 311 and 312, the S phase is connected to the input terminals of the bidirectional switching elements 313 and 314, and the T phase is connected to the input terminals of the bidirectional switching elements 315 and 316. ing.
  • the input lines R, S, T from the three-phase AC power source 2 to the power converter 3 are configured to branch between the filter reactor 81 and the filter capacitors 82L, 82R.
  • the filter reactor 81 may be provided in each of the branched input lines R, S, and T.
  • one bus bar 331 constituting the output line P of the power converter 3 is connected to the right end output terminal of the bidirectional switching elements 311, 313, 315 on the left side of the center line CL, while the center line
  • One bus bar 332 constituting the output line N of the power converter 3 is connected to the output terminals at the left ends of the bidirectional switching elements 312, 314, 316 on the right side of the CL.
  • the front ends of these bus bars 331 and 332 are connected to the transformer 4.
  • the following bus bars including these bus bars 331 and 332 are made of a conductive material such as copper.
  • the input terminals of the bidirectional switching elements 311 and 312 forming a pair arranged on the left and right of the center line CL are connected by a bus bar 333, and the input terminals of the bidirectional switching elements 313 and 314 are connected by a bus bar 334.
  • the input terminals of the switching elements 315 and 316 are connected by a bus bar 335.
  • the wiring corresponding to the bus bar is indicated by the same reference numeral. Note that the bus bars 333 to 335 are not essential for the function of the power conversion device 3 and may be omitted.
  • bus bars 333 to 335 intersect the bus bars 331 and 332 constituting the output lines P and N in a plan view, but the bus bars 333 to 335 for connecting the input terminals as shown in the side view of FIG. By being set at a position higher than the bus bars 331 and 332 of the output lines P and N, the two are crossed so that they do not interfere with each other.
  • 82L and 82R can be shared with each other. That is, a filter capacitor 821 is provided between the left R phase and the S phase in FIG. 3, and a filter capacitor 824 is provided between the right R phase and the S phase.
  • the input terminals of the bidirectional switching elements 311 and 312 are connected by a bus bar 333. Therefore, since the two filter capacitors 821 and 824 cooperate to filter the R-phase noise of the three-phase AC power supply 2, one filter capacitor can be reduced in size, resulting in a smaller filter capacitor. It will be possible. The same can be said for the S phase and the T phase.
  • the filter circuit 8 includes six filter capacitors 821 to 826, and three filter circuits 8 are arranged on each of the left and right input lines of the center line CL as shown in FIG.
  • the left filter capacitor 821 is provided between the R phase and the S phase corresponding to the input terminal of the bidirectional switching element 311.
  • the left filter capacitor 822 is provided between the S phase and the T phase corresponding to the input terminal of the bidirectional switching element 313, and the left filter capacitor 823 corresponds to the input terminal of the bidirectional switching element 315.
  • the T phase and the R phase Provided between the T phase and the R phase.
  • the right filter capacitor 824 is provided between the R phase and the S phase corresponding to the input terminal of the bidirectional switching element 312, and the right filter capacitor 825 corresponds to the input terminal of the bidirectional switching element 314.
  • the right filter capacitor 826 is provided between the S phase and the T phase, and the right filter capacitor 826 is provided between the T phase and the R phase corresponding to the input terminal of the bidirectional switching element 316.
  • filter capacitors 821 to 826 correspond to the six bidirectional switching elements 311 to 316 arranged three on each side of the center line CL. By disposing them, it is possible to shorten the routing distance of the connection wirings of the filter capacitors 821 to 826 and the bidirectional switching elements 311 to 316.
  • three filter capacitors 821 to 826 are arranged outside the region where the six bidirectional switching elements 311 to 316 are provided with respect to the center line CL. Specifically, as shown to FIG. 2D, it fixes to the upper part of a bus-bar.
  • the filter capacitors 821 to 826 outside the bidirectional switching elements 311 to 316, the distance between the left and right bidirectional switching elements 31L and 31R can be minimized, so that the distance of the heat sink 10 in the lateral direction is minimized.
  • the distance can be set, and as a result, the heat sink 10 can be reduced in size as compared with the arrangement according to another example of FIG. 4A.
  • the bus bar 331 is an output line P that connects the output terminals of the bidirectional switching elements 311, 313, and 315 to reach the transformer 4.
  • the bus bar 333 is a bus bar that connects the input terminals of the bidirectional switching elements 311 and 312, extends to the left and right outside from both input terminals, and there are bus bars 336 and 337 for connecting the filter capacitors 823 and 826 respectively. They are connected (see FIG. 2C and FIG. 3 for the connection state with the filter capacitors 823 and 826).
  • the bus bars 336 and 337 connected to both ends of the bus bar 333 are provided so as to be inclined with respect to a line connecting the input terminals of the bidirectional switching elements 311, 313 and 315, that is, a line extending in the vertical direction in FIG. ing.
  • the bus bar 334 is a bus bar for connecting the input terminals of the bidirectional switching elements 313 and 314, extends from the left and right sides of both input terminals, and is connected to the filter capacitors 821, 822, 824, and 825, respectively. 338 and 339 are connected (refer to FIG. 2C and FIG. 3 for the connection state with the filter capacitors 821, 822, 824, and 825).
  • the bus bars 338 and 339 connected to both ends of the bus bar 334 extend along lines connecting the input terminals of the bidirectional switching elements 311, 313 and 315, that is, lines extending vertically in the upper left diagram of FIG. 2. To do.
  • the bus bar 335 is a bus bar that connects the input terminals of the bidirectional switching elements 315 and 316, extends to the left and right outside from both input terminals, and bus bars 340 and 341 for connecting the filter capacitors 823 and 826, respectively. They are connected (see FIG. 2C and FIG. 3 for the connection state with the filter capacitors 823 and 826).
  • the bus bars 340 and 341 connected to both ends of the bus bar 335 are provided to be inclined with respect to a line connecting the input terminals of the bidirectional switching elements 311, 313 and 315, that is, a line extending in the vertical direction in FIG. ing.
  • these bus bars 333, 334, and 335 are connected to the input terminals of the bidirectional switching elements 311 to 316 via several bus bars 345 and 346, and constitute the output lines P and N. , 332 and higher.
  • the bus bars 333 to 335 and the bus bars 331 and 332 intersect with each other with a predetermined gap in the height direction without interference.
  • the filter capacitors 821, 822, and 823 are triangles that are arranged on the outer side with respect to the center line CL and whose one vertex faces outward as shown by the broken line in FIG. 2C (an isosceles triangle or equilateral triangle is more preferable). Are arranged such that the centers of the filter capacitors 821, 822, and 823 are located at the respective vertices. By arranging the three filter capacitors 821, 822, and 823 at each vertex of the triangle, the wiring length between the capacitors can be set to the shortest distance, and the power converter 3 can be downsized. Tuning between capacitors can be achieved.
  • the balance of the wiring connected to each capacitor is improved as compared with the arrangement in which one vertex faces in the inward direction, and the distance to each bus bar 333, 334, 335. Is also shortened. Note that the bus bars 336 and 340 and the bus bars 337 and 341 connected to the filter capacitors 823 and 826 are inclined so as to be close to each other, thereby reducing the distance between the filter capacitors 823 and 826 and the bus bars 333 and 335. This can contribute to uniform wiring length between capacitors.
  • bus bars 338 and 339 can be mounted regardless of the size of the filter capacitors 821, 822, 824, and 825. be able to.
  • the filter capacitor 821 connected between the R phase and the S phase is mounted on the upper surface of the bus bar 342, and the filter capacitor 822 connected between the S phase and the T phase is mounted on the upper surface of the bus bar 343.
  • These two bus bars 342 and 343 are connected to be inclined with respect to a line connecting the input terminals of the bidirectional switching elements 311, 313 and 315, that is, a line extending in the vertical direction in FIG. 2C.
  • these two bus bars 342 and 343 are connected to the bus bars 333, 342 and 335 across the line connecting the input terminals of the bidirectional switching elements 311, 313 and 315, that is, the line extending in the vertical direction in FIG. 2C. It is connected.
  • the filter capacitors 824 and 825 mounted on the right side of the center line CL are also provided symmetrically with respect to the center line CL.
  • the bus bars 342 and 343 so as to be inclined with respect to the line connecting the input terminals of the bidirectional switching elements 311, 313 and 315, the wiring distance of the filter capacitor 823 connected between the R phase and the T phase is minimized. Since they can be equal, tuning can be achieved between the filter capacitors 821, 822, and 823. Further, by providing the bus bars 342 and 343 so as to straddle the line connecting the input terminals of the bidirectional switching elements 311, 313 and 315, the connection distance between the filter capacitors 821 and 822 and the bus bars 333, 334 and 335 is shortened. Therefore, the power converter 3 can be downsized.
  • the filter capacitors 821 to 826 are arranged on the upper surface of the bus bar, in other words, on the opposite side of the bus bar from the bidirectional switching elements 311 to 316, so that the layout of the filter capacitors 821 to 826 can be improved. Design flexibility is increased.
  • the filter capacitor 823 connected between the R phase and the T phase is mounted on the upper surface of the bus bar 344 connected between the bus bars 336 and 340.
  • the bus bar 344 includes the bidirectional switching elements 311 and 313. , 315 are provided in parallel to the line connecting the input terminals.
  • the snubber circuit 321 of the bidirectional switching element 311 has one terminal connected to the input terminal of the bidirectional switching element 311 and the other terminal connected to the midpoint terminal of the bidirectional switching element 311. Are connected to the output terminal of the bidirectional switching element 311.
  • the three diodes are fixed and connected to brackets 351 to 356 made of conductors connected to the intermediate point terminals of the bidirectional switching elements 31L and 31R, respectively. Only the bracket 355 is shown in FIG. 2D.
  • bus bars 347 and 348 are provided between the bus bars 331 and 332 constituting the output lines P and N in the same direction.
  • the two bus bars 347 and 348 connected to the snubber capacitor 327 are positioned higher than the bus bars 331 and 332 constituting the output lines P and N, and the bus bars 333, 334 and 335. It is fixed at a lower position.
  • the two bus bars 347 and 348 are supported by the heat sink 10 or other base (not shown).
  • the bus bars 311 and 312 constituting the output lines P and N and the bus bars 347 and 348 to the snubber capacitor 327
  • the bus bars 347 and 348 between the bus bars 311 and 312, the output lines P and N
  • the wiring distance to the snubber capacitor 327 can be shortened.
  • the bus bars 347 and 348 at positions higher than the bus bars 311 and 312, the distances from the diodes of the respective snubber circuits 321 to 326 can be shortened.
  • filter capacitors 821 to 826 are arranged three to the left and right of the center line CL with respect to the six bidirectional switching elements 311 to 316 arranged three to the left and right of the center line CL, respectively. Since they are arranged correspondingly, it is possible to shorten the distance between the connection wirings of the filter capacitors 821 to 826 and the bidirectional switching elements 311 to 316.
  • the bidirectional switching elements 311 and 312, the bidirectional switching elements 313 and 314, and the bidirectional switching elements 315 and 316 are arranged side by side on the left and right sides of the center line CL.
  • the layout is such that the lines P and N (bus bars 331 and 332) can be drawn short in one direction. Therefore, if the wiring length from which the high-frequency AC power is output is long, it is easily affected by the L component, but according to the arrangement of this example, the influence of the L component can be suppressed.
  • three filter capacitors 821 to 826 are arranged on the left and right sides of the center line CL rather than the region where the six bidirectional switching elements 311 to 316 are provided.
  • the distance between the left and right bidirectional switching elements 31L and 31R can be minimized. Therefore, the distance in the left-right direction of the heat sink 10 can be set to the shortest distance, and as a result, the heat sink 10 can be reduced in size.
  • the input terminals of the bidirectional switching elements 311 and 312, the bidirectional switching elements 313 and 314, and the bidirectional switching elements 325 and 316 that are arranged on the left and right of the center line CL are respectively connected to the bus bar 333. Since they are connected at 334 and 335, the filter capacitors 82L and 82R provided between the phases can be shared with each other. Therefore, the capacity of one filter capacitor can be reduced, and as a result, the filter capacitor can be reduced in size.
  • connection directions of the left and right input lines R, S, and T are all directed toward the center line CL with respect to the input terminals of the bidirectional switching elements 31L and 31R.
  • the distance in the direction can be shortened.
  • the filter capacitors 821 to 826 are disposed on the upper surface of the bus bar, in other words, on the opposite side of the bus bar from the bidirectional switching elements 311 to 316.
  • the degree of freedom in designing the layout of 826 increases.
  • bus bars 347 and 348 are arranged between the bus bars 311 and 312. Both the wiring distances to the lines P and N and the snubber capacitor 327 can be shortened.
  • the bus bars 347 and 348 are set at positions higher than the bus bars 311 and 312, so that the distance from the diode of each of the snubber circuits 321 to 326 can be shortened.
  • the wiring length between the capacitors can be set to the shortest distance, and the power converter 3 can be downsized. It is also possible to tune between capacitors.
  • the bus bars 342 and 343 are provided to be inclined with respect to the line connecting the input terminals of the bidirectional switching elements 311, 313 and 315, so that the filter capacitors connected between the R phase and the T phase It is possible to make it equal to the wiring distance of 823 as much as possible. Therefore, tuning can be achieved between the filter capacitors 821, 822, and 823.
  • the bus bars 342 and 343 are provided so as to straddle the line connecting the input terminals of the bidirectional switching elements 311, 313 and 315, so that the connection between the filter capacitors 821 and 822 and the bus bars 333, 334 and 335 is performed.
  • a distance can be shortened and size reduction of the power converter device 3 can be achieved.
  • three filter capacitors 82L and 82R on each of the left and right sides are provided outside the bidirectional switching elements 311 313 315 and 312 314 316 with respect to the center line CL.
  • FIGS. 4A and 4B it can be arranged between the bidirectional switching elements 311, 313, 315 and 312, 314, 316 arranged on the left and right with respect to the center line CL.
  • bidirectional switching elements 311 to 316 are arranged on the left side with respect to the center line CL, and the bidirectional switching elements 311 313, and 315 are arranged on the right side.
  • the bidirectional switching elements 311, 314, 316 are arranged along the center line CL as shown in FIG. 5, but the bidirectional switching elements 311, 313, 315 and the bidirectional switching elements 312, 314, 316 are arranged. May be.
  • bidirectional switching elements 311 to 316 are arranged on the left side with respect to the center line CL, and the bidirectional switching elements 311 313, and 315 are arranged on the right side.
  • the input terminals and the output terminals of the bidirectional switching elements are arranged symmetrically with respect to the center line CL.
  • Bidirectional switching elements 311, 313, and 315 may be disposed on the left side
  • bidirectional switching elements 312, 314, and 316 may be disposed on the right side
  • the input terminals and output terminals of the bidirectional switching elements may be the same.
  • the two systems of input lines R, S, and T are connected to the input terminals of the bidirectional switching elements in the same direction (left to right in the illustrated example).
  • filter capacitors 821 to 826 are provided between the phases so as to correspond to each of the six bidirectional switching elements 311 to 316. As shown in FIG. 7, filter capacitors 821 to 826 may be provided between the respective phases so as to correspond to each of the six bidirectional switching elements 311 to 316 (two in the illustrated example).
  • the filter capacitor may be arranged at the center of the power conversion device 3 as shown in FIG. 8 or outside the power conversion device 3 as shown in FIG. As shown in FIG. 8, when the power converter 3 is arranged at the center, an empty space can be used, so that the size of the power converter 3 can be suppressed as much as possible.
  • the bidirectional switching elements 311, 313 and 315 correspond to the first switching element in the claims of the present invention
  • the bidirectional switching elements 312, 314 and 316 correspond to the second switching element in the claims of the present invention
  • the power conversion device 3 corresponds to the conversion circuit in the claims of the present invention
  • the filter capacitors 821 to 826, 831 to 836 correspond to the capacitors in the claims of the present invention
  • the bus bars 331 and 332 correspond to the claims of the present invention. It corresponds to the output line in the term.

Abstract

　多相交流電力を交流電力に直接変換する電力変換装置３である。変換回路は、前記多相交流電力の各相（Ｒ，Ｓ，Ｔ）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スイッチング素子（３１１，３１３，３１５，３１２，３１４，３１６）を有する。前記変換回路の各相の間には少なくとも３つのコンデンサ（８２１～８２６）が接続されている。前記３つのコンデンサは、前記スイッチング素子の実装面に平行な面内において三角形（４００）の各頂点に配置されている。コンデンサとスイッチング素子との配線距離を短縮できる。

Description

電力変換装置
　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）。
　しかしながら、上記従来のマトリックスコンバータでは、フィルタ回路を構成するフィルタコンデンサを基板上において縦方向に一列に並べてユニットケース内に組み込んでいるが、スイッチング手段であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）に接続するための配線の取り廻し距離が長くなるという問題がある。
特開２００６－３３３５９０号公報
　本発明の目的は、フィルタコンデンサとスイッチング素子との間の配線距離を短縮できる電力変換装置を提供することである。
　本発明は、スイッチング素子の実装面に平行な面内において、３つのフィルタコンデンサを三角形の各頂点に配置した。
　本発明によれば、フィルタコンデンサを三角形状に配置することにより各フィルタコンデンサと各スイッチング素子との間の配線距離を均等にすることができ、その結果、当該配線距離を短縮することができる。
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の組立途中の平面図である。 本発明の一実施の形態に係る電力変換装置の組立途中の平面図である。 本発明の一実施の形態に係る電力変換装置の組立途中の平面図である。 本発明の一実施の形態に係る電力変換装置の組立途中の側面図である。 図２の電力変換装置のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサのレイアウトを示す平面図及び側面図である。 図３のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサの他のレイアウトを示す平面図である。 図４Ａの側面図である。 図３のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサのさらに他のレイアウトを示す平面図及び側面図である。 図３のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサの他のレイアウトを示す平面図及び側面図である。 本発明の他の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。 図７の電力変換装置のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサのレイアウトを示す平面図及び側面図である。 図７の電力変換装置のＩＧＢＴ及びフィルタコンデンサの他のレイアウトを示す平面図及び側面図である。
《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３～図６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符号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（Insulated Gate Bipolar Transistor）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と３つのダイオードを組み合わせたスナバ回路３２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符号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とし、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はコイルとコンデンサとを備え、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を構成する部品の空間的な配置構成について、図２～図６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。
　図２は、図２Ａ～図２Ｄからなる。図２Ａ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。）を実装した組付け途中の状態を示す平面図、図２Ｂは、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２Ｃ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のフィルタコンデンサ８２のうち左側の３つのフィルタコンデンサを実装した組付け途中の状態を示す平面図、図２Ｄは、その側面図である。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に示すことにする。
　本例の双方向スイッチング素子３１は、図２及び図３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、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、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がその図示は省略する。
　図２及び図３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。本発明において、後述する図５の配列と異なる配列である。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３３１，３３２）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。これは図５の他例に係る配列に比較して有利な効果となる。すなわち、トランス４に至るまでほぼ直線に近い状態の出力線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、三相交流電源２の入力線から分岐した一方の入力線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、三相交流電源２の入力線から分岐した他方の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔが中心線ＣＬに向かって接続されている。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。左右の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔの接続方向をいずれも中心線ＣＬに向かう方向にすることで、図６に示す他例に係る配列に比べてヒートシンク１０の左右方向の距離を短くすることができる。
　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３３１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３３２が接続されている。これらのバスバー３３１，３３２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３３１，３３２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。
　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の入力端子間はバスバー３３３で接続され、双方向スイッチング素子３１３と３１４の入力端子間はバスバー３３４で接続され、双方向スイッチング素子３１５と３１６の入力端子間はバスバー３３５で接続されている。図１の等価回路にもバスバー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は必須ではないので省略してもよい。
　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３の側面図に示すように入力端子間を接続するバスバー３３３～３３５が出力線Ｐ，Ｎのバスバー３３１，３３２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。
　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３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。
　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３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、中心線ＣＬに関して、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外側に配置されている。具体的には、図２Ｄに示すようにバスバー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、図４Ａの他例に係る配列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の実機の平面図及び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説明すると、図２Ｂに示すように、バスバー３３１は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の出力端子を接続してトランス４に至る出力線Ｐであり、バスバー３３２は、双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６の出力端子を接続してトランス４に至る出力線Ｎである。バスバー３３３は、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８２３と８２６をそれぞれ接続するためのバスバー３３６と３３７が接続されている（フィルタコンデンサ８２３，８２６との接続状態については図２Ｃ及び図３を参照）。このバスバー３３３の両端に接続されたバスバー３３６，３３７は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２Ｃにおいて上下方向に延在する線に対して傾斜して設けられている。
　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をそれぞれ接続するためのバスバー３３８と３３９が接続されている（フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２４，８２５との接続状態については図２Ｃ及び図３を参照）。このバスバー３３４の両端に接続されたバスバー３３８，３３９は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２の左上図において上下方向に延在する線に沿って延在する。
　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８２３と８２６をそれぞれ接続するためのバスバー３４０と３４１が接続されている（フィルタコンデンサ８２３，８２６との接続状態については図２Ｃ及び図３を参照）。このバスバー３３５の両端に接続されたバスバー３４０，３４１は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２Ｃにおいて上下方向に延在する線に対して傾斜して設けられている。
　これらバスバー３３３，３３４，３３５は、図２Ｄに示すように、双方向スイッチング素子３１１～３１６の入力端子に数枚のバスバー３４５，３４６を介して接続され、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２より高い位置に設置される。これにより、バスバー３３３～３３５とバスバー３３１，３３２は干渉することなく高さ方向に所定の隙間をもって立体交差することになる。
　フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３は、図２Ｃに破線で示すように、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８２１，８２２，８２３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。なお、フィルタコンデンサ８２３，８２６に接続されるバスバー３３６と３４０，バスバー３３７と３４１を互いに近接するように傾斜させているが、これによりフィルタコンデンサ８２３，８２６とバスバー３３３，３３５との距離をより短くでき、各コンデンサ間の配線長の均一化に貢献できる。また、バスバー３３８，３３９をバスバー３３４に対して垂直方向に延在して設けることにより、フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２４，８２５の大きさに拘わらず実装することができるので設計の自由度を高めることができる。
　さらに、Ｒ相とＳ相との間に接続されるフィルタコンデンサ８２１は、バスバー３４２の上面に実装され、Ｓ相とＴ相との間に接続されるフィルタコンデンサ８２２は、バスバー３４３の上面に実装されている。これらの２つのバスバー３４２，３４３は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２Ｃにおいて上下方向に延在する線に対して傾斜して接続されている。また、これらの２つのバスバー３４２，３４３は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線、すなわち図２Ｃにおいて上下方向に延在する線を跨いで、バスバー３３３，３４２，３３５に接続されている。なお、中心線ＣＬの右側に実装されるフィルタコンデンサ８２４，８２５についても中心線ＣＬに対して対称に設けられている。
　バスバー３４２，３４３を双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線に対して傾斜して設けることにより、Ｒ相とＴ相との間に接続されたフィルタコンデンサ８２３の配線距離に極力等しくできるので、フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３間で同調をとることができる。また、バスバー３４２，３４３を、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線を跨ぐように設けることにより、フィルタコンデンサ８２１，８２２とバスバー３３３，３３４，３３５との接続距離を短くすることができ、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、バスバーに関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。
　なお、Ｒ相とＴ相との間に接続されるフィルタコンデンサ８２３は、バスバー３３６と３４０との間に接続されたバスバー３４４の上面に実装され、このバスバー３４４は、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線に対して平行に設けられている。
　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２Ｃ及び図２Ｄ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。図２Ｄにはブラケット３５５のみを示す。
　また本例では、スナバコンデンサ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３参照）。そして、このスナバコンデンサ３２７と３つのダイオードとを接続するためにバスバー３４７，３４８が、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２の間に同方向に沿って設けられている。
　スナバコンデンサ３２７に接続される２つのバスバー３４７，３４８は、図２Ｄ及び図３に示すように、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３３１，３３２よりも高い位置であってバスバー３３３，３３４，３３５よりも低い位置に固定されている。なお、これら２つのバスバー３４７，３４８は、ヒートシンク１０又はこれ以外の基台（不図示）に支持されている。なお、バスバー３３３，３３４，３３５との短絡を防止するために、バスバー３４７，３４８の表面を絶縁被覆してもよい。
　出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３１１，３１２とスナバコンデンサ３２７へのバスバー３４７，３４８との配置に関しては、バスバー３１１，３１２の間にバスバー３４７，３４８を配置することにより、出力線Ｐ，Ｎ及びスナバコンデンサ３２７への配線距離をともに短くすることができる。また、バスバー３４７，３４８をバスバー３１１，３１２より高い位置に設定することで、各スナバ回路３２１～３２６のダイオードからの距離を短くすることができる。
　以上の実施の形態によれば、以下の利点を有する。
　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３３１，３３２）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、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。
　４）本例では、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，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、それぞれバスバー３３３，３３４，３３５で接続されているので、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。したがって、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。
　５）本例では、双方向スイッチング素子３１Ｌ，３１Ｒの入力端子に対して、左右の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔの接続方向をいずれも中心線ＣＬに向かう方向にしているので、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。
　６）本例では、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。
　７）本例では、出力線Ｐ，Ｎを構成するバスバー３１１，３１２とスナバコンデンサ３２７へのバスバー３４７，３４８との配置について、バスバー３１１，３１２の間にバスバー３４７，３４８を配置したので、出力線Ｐ，Ｎ及びスナバコンデンサ３２７への配線距離をともに短くすることができる。
　８）本例では、バスバー３４７，３４８をバスバー３１１，３１２より高い位置に設定したので、各スナバ回路３２１～３２６のダイオードからの距離を短くすることができる。
　９）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。
　１０）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。
　１１）本例では、バスバー３４２，３４３を双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線に対して傾斜して設けたので、Ｒ相とＴ相との間に接続されたフィルタコンデンサ８２３の配線距離に極力等しくできる。したがって、フィルタコンデンサ８２１，８２２，８２３間で同調をとることができる。
　１２）本例では、バスバー３４２，３４３を、双方向スイッチング素子３１１，３１３，３１５の入力端子を結ぶ線を跨ぐように設けたので、フィルタコンデンサ８２１，８２２とバスバー３３３，３３４，３３５との接続距離を短くすることができ、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。なお、上述した実施の形態と共通する部材には同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
　上述した実施の形態では、図３に示すように左右それぞれ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、図４Ａ，４Ｂに示すように中心線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、図３に示すように、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、図５に示すように中心線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、図３に示すように、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、図６に示すように、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。この場合には、２系統の入力線Ｒ，Ｓ，Ｔをそれぞれ同じ方向（図示する例では左から右）に向かって各双方向スイッチング素子の入力端子に接続する。
　また上述した実施の形態では、図３に示すように、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、図７に示すように、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（図示する例では二つ）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、図８に示すように電力変換装置３の中央でもよいし、図９に示すように電力変換装置３の外側でもよい。図８に示すように電力変換装置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は本発明の請求項における第１スイッチング素子に相当し、上記双方向スイッチング素子３１２，３１４，３１６は本発明の請求項における第２スイッチング素子に相当し、上記電力変換装置３は本発明の請求項における変換回路に相当し、上記フィルタコンデンサ８２１～８２６，８３１～８３６は本発明の請求項におけるコンデンサに相当し、上記バスバー３３１，３３２は本発明の請求項における出力線に相当する。

Claims (7)

  1. 　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スイッチング素子を有する変換回路と、
    　前記変換回路に接続された少なくとも３つのコンデンサと、を備え、
    　前記３つのコンデンサは、前記スイッチング素子の実装面に平行な面内において三角形の各頂点に配置されている電力変換装置。
  2. 　前記複数のスイッチング素子のそれぞれの端子が一列に配列され、
    　前記３つのコンデンサのうちの２つのコンデンサは、前記端子の配列方向に沿って互いに隣接して配置され、他の１つのコンデンサは前記２つのコンデンサより外側に配置されている請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記３つのコンデンサは、前記スイッチング素子のそれぞれに対応する前記多相交流電力の各相の間にそれぞれ設けられ、
    　前記２つのコンデンサの両端の接続端子は、前記一列に配列された複数の端子を結ぶ線を跨いで配置されている請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記他の１つのコンデンサの両端の接続端子は、前記端子の配列方向に平行な線上に配置されている請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 　互いに並んで配置された３つのスイッチング素子からそれぞれ側方へ延びた３つのバスバーが並んで配置され、
    　中央のバスバーと両側のバスバーとの間に第１および第２のコンデンサが配置され、
    　両側のバスバーの間に第３のコンデンサが配置され、この第３のコンデンサは、前記第１，第２のコンデンサよりも外側に位置している請求項１に記載の電力変換装置。
  6. 　前記バスバーは前記第２スイッチング素子の上方に位置し、
    　前記コンデンサは、前記バスバーの上方に位置している請求項５に記載の電力変換装置。
  7. 　前記三角形の少なくとも一部は、平面視において前記スイッチング素子と重なっている請求項１に記載の電力変換装置。
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