(57)【要約】【課題】  簡素なインバータ回路でサージ電圧に対応する電力変換装置を提供することを達成する。【解決手段】  図１のＵ相アーム２ａの第１のＵ相スイッチング素子４ａと第４のＵ相スイッチング素子４ｄよりも、第２のＵ相スイッチング素子４ｂと第３のＵ相スイッチング素子４ｃに高い定格電圧の素子を適用することで、サージ電圧による破損、高いゲートオフ抵抗値による冷却器の大型化を抑制することが可能となる。また、受熱板１１ａにスイッチング素子４を取り付けた場合も、受熱板１１ａ全体に伝わる熱の平準化により冷却器の大型化を抑制することが可能となる。【選択図】  図１
2011217538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流から交流に電力を変換するため、正電位側と負電位側の間に第１のＵ相スイッチング素子、第２のＵ相スイッチング素子、第３のＵ相スイッチング素子、第４のＵ相スイッチング素子の順に直列に接続し、前記第２のＵ相スイッチング素子と前記第３のＵ相スイッチング素子は前記第１のＵ相スイッチング素子と前記第４のＵ相スイッチング素子よりも定格電圧の高い素子で構成されたＵ相アームと、
直流から交流に電力を変換するため、正電位側と負電位側の間に第１のＶ相スイッチング素子、第２のＶ相スイッチング素子、第３のＶ相スイッチング素子、第４のＶ相スイッチング素子の順に直列に接続し、前記第２のＶ相スイッチング素子と前記第３のＶ相スイッチング素子は前記第１のＶ相スイッチング素子と前記第４のＶ相スイッチング素子よりも定格電圧の高い素子で構成されたＶ相アームと、
直流から交流に電力を変換するため、正電位側と負電位側の間に第１のＷ相スイッチング素子、第２のＷ相スイッチング素子、第３のＷ相スイッチング素子、第４のＷ相スイッチング素子の順に直列に接続し、前記第２のＷ相スイッチング素子と前記第３のＷ相スイッチング素子は前記第１のＷ相スイッチング素子と前記第４のＷ相スイッチング素子よりも定格電圧の高い素子で構成されたＷ相アームと、
前記Ｕ相アーム、前記Ｖ相アーム、前記Ｗ相アームを、前記Ｕ相アーム、前記Ｖ相アーム、前記Ｗ相アームから発生する熱を放熱するための冷却器の受熱板上に設置する電力変換装置
【請求項２】
直列に接続された第１のＵ相ダイオードと第２のＵ相ダイオードを有し、前記第１のＵ相ダイオードの一端は、第１のＵ相スイッチング素子と第２のＵ相スイッチング素子の接続点に接続され、前記第２のＵ相ダイオードの一端は、第３のＵ相スイッチング素子と第４のＵ相スイッチング素子の接続点に接続され、受熱板上一方向に第１のＵ相スイッチング素子、第２のＵ相スイッチング素子、第２のＵ相ダイオード素子が直線的に並べられ、隣に第１のＵ相ダイオード素子、第３のＵ相スイッチング素子、第４のＵ相スイッチング素子が直線的に並べられたＵ相アームと、
直列に接続された第１のＶ相ダイオードと第２のＶ相ダイオードを有し、前記第１のＶ相ダイオードの一端は第１のＶ相スイッチング素子と第２のＶ相スイッチング素子の接続点に接続され、前記第２のＶ相ダイオードの一端は第３のＶ相スイッチング素子と第４のＶ相スイッチング素子の接続点に第２に接続され、受熱板上一方向に第１のＶ相スイッチング素子、第２のＶ相スイッチング素子、第２のＶ相ダイオード素子が直線的に並べられ、隣に第１のＶ相ダイオード素子、第３のＶ相スイッチング素子、第４のＶ相スイッチング素子が直線的に並べられたＶ相アームと、
直列に接続された第１のＷ相ダイオードと第２のＷ相ダイオードを有し、前記第１のＷ相ダイオードは第１のＷ相スイッチング素子と第２のＷ相スイッチング素子の接続点に接続され、前記第２のＷ相ダイオードは第３のＷ相スイッチング素子と第４のＷ相スイッチング素子の接続点に接続され、受熱板上一方向に第１のＷ相スイッチング素子、第２のＷ相スイッチング素子、第２のＷ相ダイオード素子が直線的に並べられ、隣に第１のＷ相ダイオード素子、第３のＷ相スイッチング素子、第４のＷ相スイッチング素子が直線的に並べられたＷ相アームとを有する請求項２記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記受熱板において、
前記受熱板上一方向に第１のＵ相スイッチング素子、第１のＵ相ダイオード、第３のＵ相スイッチング素子が直線的に並べられ、隣に第２のＵ相スイッチング素子、第２のＵ相ダイオード、第４のＵ相スイッチング素子が直線的に並べられる前記Ｕ相アームと、
前記受熱板上一方向に第１のＶ相スイッチング素子、第１のＶ相ダイオード、第３のＶ相スイッチング素子が直線的に並べられ、隣に第２のＶ相スイッチング素子、第２のＶ相ダイオード、第４のＶ相スイッチング素子が直線的に並べられるＶ相アームと、
前記受熱板上一方向に第１のＷスイッチング素子、第１のＷ相ダイオード、第３のＷ相スイッチング素子が直線的に並べられ、隣に第２のＷ相スイッチング素子、第２のＷ相ダイオード、第４のＷ相スイッチング素子が直線的に並べられるＷ相アームと、を有する請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１のＵ相スイッチング素子、前記第１のＶ相スイッチング素子、前記第１のＷ相スイッチング素子を第１のスイッチング素子とし、前記第２のＵ相スイッチング素子、前記第２のＶ相ダイオード、前記第２のＷ相スイッチング素子を第２のスイッチング素子とし、前記第３のＵ相スイッチング素子、前記第３のＶ相スイッチング素子、前記第３のＷ相スイッチング素子を第３のスイッチング素子とし、前記第４のＵ相スイッチング素子、前記第４のＶ相スイッチング素子、前記第４のＷ相スイッチング素子を第４のスイッチング素子とし、前記第１のＵ相ダイオード、前記第１のＶ相ダイオード、前記第１のＷ相ダイオードを第１のダイオードとし、前記第２のＵ相ダイオード、前記第２のＶ相ダイオード相、前記第２のＷ相ダイオードを第２のダイオードとし、
前記第１のスイッチング素子と前記第１のダイオードを１つの筐体内に収納した第１の素子パッケージと、
前記第２のスイッチング素子と前記第３のスイッチング素子を１つの筐体内に収納した第２の素子パッケージと、
前記第４のスイッチング素子と前記第２のダイオードを１つの筐体内に収納した第３の素子パッケージを構成し、
受熱板の端部に前記第１の素子パッケージが設置され、前記受熱板の他端部に前記第３の素子パッケージが設置され、前記受熱板の中央部に前記第２の素子パッケージが設置されることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１のＵ相スイッチング素子、前記第１のＶ相スイッチング素子、前記第１のＷ相スイッチング素子の総称とした第１のスイッチング素子と、
前記第２のＵ相スイッチング素子、前記第２のＶ相ダイオード、前記第２のＷ相スイッチング素子の総称とした第２のスイッチング素子と、
前記第３のＵ相スイッチング素子、前記第３のＶ相スイッチング素子、前記第３のＷ相スイッチング素子の総称とした第３のスイッチング素子と、
前記第４のＵ相スイッチング素子、前記第４のＶ相スイッチング素子、前記第４のＷ相スイッチング素子の総称とした第４のスイッチング素子と、
前記第１のＵ相ダイオード、前記第１のＶ相ダイオード、前記第１のＷ相ダイオードの総称とした第１のダイオードと、
前記第２のＵ相ダイオード、前記第２のＶ相ダイオード相、前記第２のＷ相ダイオードの総称とした第２のダイオードと、
前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子を１つの筐体内に収納した第４のパッケージと、
前記第１のダイオードと前記第２のダイオードを１つの筐体内に収納した第５のパッケージと、
前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子を１つの筐体内に収納した第６のパッケージを構成し、
受熱板の上側に前記第４のパッケージが設置され、前記受熱板の下側に前記第６のパッケージが設置され、前記受熱板の中央部に前記第５のパッケージが設置されることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置では、直列に接続された４個の第１から第４のスイッチング要素において、第１から第４のスイッチング要素のＯＮ／ＯＦＦ切替えに伴い発生する非常に高い電圧、サージ電圧は、第１及び第４のスイッチング要素より、第２及び第３のスイッチング要素のほうが大きくなる。そのため、図１４に示すような第２のスイッチング要素１００をサージ電圧から保護する第１のスナバ回路１０１と第３のスイッチング要素１０３をサージ電圧から保護する第２のスナバ回路１０４を使用する方法が開発されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
上記のようなスナバ回路を使用した電力変換装置は、回路部品数が増えることによる装置の複雑化や、スナバ回路によって発生損失が増加するという問題があった。そのため、ゲートオフ装置を使用してサージ電圧からスイッチング素子を保護する方法が開発されている（例えば、特許文献２）。  
このような電力変換装置は、ゲート抵抗を大きくすることでスナバ回路を付けなくてもサージ電圧を抑制可能であり、スナバ回路よりも部品点数を大幅に削減することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１―４１９４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のようなゲートオフ装置を使用した電力変換装置では、ゲート抵抗を大きくすることによりサージ電圧を抑制するが、ゲート抵抗が大きくなるとそれに伴い装置全体から発生する発熱量が大きくなるため、冷却器が大型化してしまい、結果として装置全体も大型化してしまう、という問題が生じていた。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、簡素なインバータ回路でサージ電圧に対応する電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記を解決するために、直流から交流に電力を変換するため、正電位側と負電位側の間に第１のＵ相スイッチング素子、第２のＵ相スイッチング素子、第３のＵ相スイッチング素子、第４のＵ相スイッチング素子の順に直列に接続し、前記第２のＵ相スイッチング素子と前記第３のＵ相スイッチング素子は前記第１のＵ相スイッチング素子と前記第４のＵ相スイッチング素子よりも定格電圧の高い素子で構成されたＵ相アームと、直流から交流に電力を変換するため、正電位側と負電位側の間に第１のＶ相スイッチング素子、第２のＶ相スイッチング素子、第３のＶ相スイッチング素子、第４のＶ相スイッチング素子の順に直列に接続し、前記第２のＶ相スイッチング素子と前記第３のＶ相スイッチング素子は前記第１のＶ相スイッチング素子と前記第４のＶ相スイッチング素子よりも定格電圧の高い素子で構成されたＶ相アームと、直流から交流に電力を変換するため、正電位側と負電位側の間に第１のＷ相スイッチング素子、第２のＷ相スイッチング素子、第３のＷ相スイッチング素子、第４のＷ相スイッチング素子の順に直列に接続し、前記第２のＷ相スイッチング素子と前記第３のＷ相スイッチング素子は前記第１のＷ相スイッチング素子と前記第４のＷ相スイッチング素子よりも定格電圧の高い素子で構成されたＷ相アームと、前記Ｕ相アーム、前記Ｖ相アーム、前記Ｗ相アームを、前記Ｕ相アーム、前記Ｖ相アーム、前記Ｗ相アームから発生する熱を放熱するための冷却器の受熱板上に設置することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、スナバ回路がなくても電力変換装置のサージ電圧を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態のＵ相アームを中心とした電力変換装置の回路構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態のＵ相アームのスイッチング素子及びダイオードの受熱板上配置図。
【図３】本発明の第１の実施形態のＵ相アーム、Ｖ相アーム、Ｗ相アームのスイッチング素子及びダイオードの受熱板上配置図。
【図４】本発明の第１の実施形態の第１のＵ相スイッチング素子ＯＮ時の第１電流経路図。
【図５】本発明の第１の実施形態の第１のＵ相スイッチング素子ＯＦＦ時の第２電流経路図。
【図６】本発明の第１の実施形態の第１のＵ相スイッチング素子ＯＮ／ＯＦＦ時の第１遮断電圧発生範囲図。
【図７】本発明の第１の実施形態の第２のＵ相スイッチング素子ＯＮ時の第３電流経路図。
【図８】本発明の第１の実施形態の第２のＵ相スイッチング素子ＯＦＦ時の第４電流経路図。
【図９】本発明の第１の実施形態の第２のＵ相スイッチング素子ＯＮ／ＯＦＦ時の第２遮断電圧発生範囲図。
【図１０】本発明の第１の実施形態の定格電圧１７００Ｖの素子と定格電圧３３００Ｖの素子の損失示唆図。
【図１１】本発明の第２の実施形態のＵ相アームの受熱板配置図。
【図１２】本発明の第３の実施形態のＵ相アームの受熱板配置図。
【図１３】本発明の第４の実施形態のＵ相アームの回路構成図。
【図１４】従来発明の第１の実施形態のＵ相アームの回路構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
（構成）
図１は、本発明の第１の実施形態のＵ相アームを中心とした電力変換装置の回路構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態のＵ相アームのスイッチング素子の受熱板上配置図である。
【００１２】
図１に示すように、電力変換装置１はＵ相アーム２ａ、Ｖ相アーム２ｂ、Ｗ相アーム２ｃ、コンデンサ３（第１のコンデンサ３ａ、第２のコンデンサ３ｂ）、スイッチング素子４（第１のＵ相スイッチング素子４ａ、第２のＵ相スイッチング素子４ｂ、第３のＵ相スイッチング素子４ｃ、第４のＵ相スイッチング素子４ｄ）、ダイオード５（第１のＵ相ダイオード５ａ、第２のＵ相ダイオード５ｂ）、コンデンサ中性点６、ダイオード中性点７、Ｕ相出力端子８で構成され、外部の負荷と接続されている。
【００１３】
本実施形態のＵ相アーム２ａを例にして、スイッチング素子４（第１のＵ相スイッチング素子４ａ、第２のＵ相スイッチング素子４ｂ、第３のＵ相スイッチング素子４ｃ、第４のＵ相スイッチング素子４ｄ）、ダイオード５（第１のＵ相ダイオード５ａ、第２のＵ相ダイオード５ｂ）を、受熱板１１ａ上に取り付けた際の配置について説明する。
【００１４】
図２に示すように、電力変換装置１は、スイッチング素子４及びダイオード５から発生する熱を外気に冷却するため受熱板１１ａと放熱器１１ｂで構成される冷却器１１を有している。スイッチング素子４とダイオード５は、受熱板１１ａに取り付けられる。
【００１５】
受熱板１１ａ上の一方向に第１のＵ相スイッチング素子４ａ、第２のＵ相スイッチング素子４ｂ、第２のＵ相ダイオード５ｂを配置する。その隣に第１のＵ相ダイオード５ａ、第３のＵ相スイッチング素子４ｃ、第４のＵ相スイッチング素子４ｄを配置する。同様にＶ相アーム２ｂ、Ｗ相アーム２ｃもスイッチング素子４及びダイオード５が受熱板１１ａ上に配置される。配置された概観図を示したものが図３である。
【００１６】
（接続）
次にＵ相アーム２ａを例にして、回路構成について説明する。図１に示すように、Ｕ相アーム２ａは、スイッチング素子４とダイオード５によって構成される。直流電源側の正電位側と負電位側の間に、第１のＵ相スイッチング素子４ａ、第２のＵ相スイッチング素子４ｂ、第３のＵ相スイッチング素子４ｃ、第４のＵ相スイッチング素子４ｄが直列に接続される。また、第１のＵ相ダイオード５ａと第２のＵ相ダイオード５ｂは直列に接続され、第１のＵ相スイッチング素子４ａと第２のＵ相スイッチング素子４ｂの接続点に第１のＵ相ダイオード５ａの一端が接続され、第３のＵ相スイッチング素子４ｃと第４のＵ相スイッチング素子４ｄの接続点に第２のＵ相ダイオード５ｂの一端が接続される。Ｖ相アーム２ｂとＷ相アーム２ｃも同様に構成され、Ｕ相アーム２ａ、Ｖ相アーム２ｂ、Ｗ相アーム２ｃは並列に接続されている。また、第１のコンデンサ３ａと第２のコンデンサ３ｂは直列に接続され、スイッチング素子４の直流電源側の正電位側と負電位側の間に接続される。また、第１のコンデンサ３ａと第２のコンデンサ３ｂの中間電位をコンデンサ中性点６とし、第１のＵ相ダイオード５ａと第２のＵ相ダイオード５ｂの中間電位をダイオード中性点７とし、コンデンサ中性点６とダイオード中性点７は接続されている。また、第２のＵ相スイッチング素子４ｂと第３のＵ相スイッチング素子４ｃの中間電位をＵ相出力端子８とし、Ｕ相出力端子８は負荷に接続されている。
【００１７】
このようなＵ相アーム２ａ、Ｖ相アーム２ｂ、Ｗ相アーム２ｃのスイッチング素子４がＯＮ／ＯＦＦを交互に繰り返すことによって、電力変換装置１の入力側に印加された直流電圧から、出力側の負荷へ流れる電流を変化させている。スイッチング素子４のＯＮからＯＦＦの切替えでは、スイッチング素子に流れていた電流を遮断することになる。このような遮断をするとき、サージ電圧が各スイッチング素子４で発生する。Ｕ相アーム２ａの第１のＵ相スイッチング素子４ａ及び、第２のＵ相スイッチング素子４ｂを例にして、第１のスイッチング素子４ａ、第２のスイッチング素子４ｂ、第３のスイッチング素子４ｃ、第４のスイッチング素子４ｄの遮断電圧について説明する。
【００１８】
図４は、図１のＵ相アーム２ａのコンデンサ３ａ及び３ｂを電源３とし、負荷１２を追記している。図３の矢印は、第１のＵ相スイッチング素子４ａをＯＮしたときの電流経路を示しており、矢印の電流経路を第１電流経路１０ａとしている。第１電流経路１０ａは、電源３から第１のスイッチング素子４ａ、第２のスイッチング素子４ｂ、負荷１２を介して電源３に戻る。図５は、図４と同様の構成で、第１のＵ相スイッチング素子４ａをＯＦＦした時の電流経路を矢印で示しており、矢印の電流経路を第２電流経路１０ｂとしている。第２電流経路１０ｂは電源３ｂから、第１のＵ相ダイオード５ａ、第２のＵ相スイッチング素子４ｂ、負荷１２を介して電源３ｂに戻る。このように、第１のＵ相スイッチング素子４ａのＯＮ／ＯＦＦをすることによって、電流経路の変化部分を、第１遮断電圧発生範囲１５ａとして図６に示す。また、第４のＵ相スイッチング素子４ｄのＯＮ／ＯＦＦ切り替え時には、第１遮断電圧発生範囲１５ａと同様のサージ電圧が発生する。
【００１９】
また、図７は、図１のＵ相アーム２ａのコンデンサ３ａ及び３ｂを電源３とし、負荷１２を追記している。図７の矢印は、第２のＵ相スイッチング素子４ｂをＯＮしたときの電流経路を示しており、矢印の電流経路を第３電流経路１０ｃとしている。第３電流経路１０ｃは、電源３ｂから第１のＵ相ダイオード５ａ、第２のスイッチング素子４ｂ、負荷１２を介して電源３ｂに戻る。図８は、図７と同様の構成で、第２のＵ相スイッチング素子４ｂをＯＦＦした時の電流経路を矢印で示しており、矢印の電流経路を第４電流経路１０ｄとしている。第４電流経路１０ｄは、第２のＵ相スイッチング素子４ｂをＯＦＦすることで、負荷１２と第３のＵ相スイッチング素子４ｃと第４のＵ相スイッチング素子４ｄ間で電流の還流が発生することを示している。このように、第２のＵ相スイッチング素子４ｂのＯＮ／ＯＦＦをすることによって、電流経路の変化部分を第２サージ電圧発生範囲１５ｂとして図９に示す。また、第３のＵ相スイッチング素子４ｃのＯＮ／ＯＦＦ切り替え時には、電流経路のへか部分は第２サージ電圧発生範囲１５ｂ同じであり、第２のＵ相スイッチング素子４ｖのＯＮ／ＯＦＦ切り替えと同様のサージ電圧が発生する。
【００２０】
スイッチング素子４がＯＮからＯＦＦに切替えられ電流が遮断された際に、負荷１２への電流を維持しようとする電気的作用が働き、スイッチング素子４に高い電圧（サージ電圧）が印加されることになる。サージ電圧は、電流経路の変化部分が大きいほど大きくなる、という特性を持っている。そのため、第１遮断電圧発生範囲１５ａより発生する第１サージ電圧（Ｖ１）と第２遮断電圧発生範囲１５ｂにより発生する第２サージ電圧（Ｖ２）では、Ｖ１＜Ｖ２となる。つまり、電力変換動作では、第２のＵ相スイッチング素子２ｂと第３のＵ相スイッチング素子２ｃには高いサージ電圧が印加されることになる。そのため、第２のＵ相スイッチング素子２ｂと第３のＵ相スイッチング素子２ｃを、第１のＵ相スイッチング素子と第４のＵ相スイッチング素子４ｄよりも高い定格電圧の素子にすることで、小さいゲートオフ抵抗値でサージ電圧を許容する回路を構成する。
【００２１】
例えば、図１０に、第２のＵ相スイッチング素子２ｂと第３のＵ相スイッチング素子２ｃを定格電圧１７００Ｖ（Ｚ）と定格電圧３３００Ｖ（Ｚ´）のスイッチング素子とし、ゲートオフ抵抗値ＸΩとＹΩ（ＸΩ＜ＹΩ）使用した場合にどのような電力損失とサージ電圧が発生するかを示した。従来のように定格電圧が１７００Ｖのスイッチング素子を電力変換装置１に使用する際は、ＹΩのゲートオフ抵抗を設定し、サージ電圧からスイッチング素子を保護するようにしている。図１０（Ａ）に示すように、１７００Ｖのサージ電圧を許容するために、定格電圧１７００Ｖのスイッチング素子（Ｚ）はＹΩのゲートオフ抵抗値が必要であるが、定格電圧３３００Ｖのスイッチング素子（Ｚ´）はＸΩのゲートオフ抵抗値で対応可能である。また、図１０（Ｂ）に示すように、定格電圧１７００Ｖのスイッチング素子（Ｚ）がゲートオフ抵抗値ＹΩの場合の電力変換損失はαとなり、定格電圧３３００Ｖのスイッチング素子（Ｚ´）のゲートオフ抵抗値ＸΩの場合の電力変換損失はβとなる（α＞β）。このように、定格電圧１７００Ｖのスイッチング素子（Ｚ）を使用した場合、多くの電力変換損失が発生するため、スイッチング素子からの熱を十分に放熱しようとすると冷却器が大型化してしまう。つまり、第２のスイッチング素子４ｂと第３のスイッチング素子４ｃの定格電圧を高くすることで、小さいゲートオフ抵抗値でも、高いサージ電圧に対応することが可能となる。ゲートオフ抵抗値を小さく設定することで、スイッチング素子４からの発熱量も低減され、冷却器１１の小型化が実現するため、装置全体の小型化が可能となる。また、定格電圧３３００Ｖのスイッチング素子４を使用することで回路の複雑化を回避し、簡素なインバータ回路でサージ電圧からの保護が可能となる。また、本実施形態のインバータ回路において、２郡を同一の冷却器を配置することで、冷却機能の改善、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
本発明に基づく第２の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に基づくスイッチング素子の配置図である。尚、図１乃至１０と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００２３】
本実施形態は、第１の実施形態のＵ相アーム２ａを例にして、第１のＵ相スイッチング素子４ａ、第２のＵ相スイッチング素子４ｂ、第３のＵ相スイッチング素子４ｃ、第４のＵ相スイッチング素子４ｄ、第１のＵ相ダイオード５ａ、第２のＵ相ダイオード５ｂの配置の違いについて説明をする。
【００２４】
（構成）
図１１に示すように、受熱板１１ａ上の一方向に第１のＵ相スイッチング素子４ａ、第１のＵ相ダイオード５ａ、第３のＵ相スイッチング素子４ｃを直線的に配置している。また、その隣に、第２のＵ相スイッチング素子４ｂ、第２のＵ相ダイオード５ｂ、第４のＵ相スイッチング素子４ｄを直線的に配置している。Ｖ相アーム２ｂ及びＷ相アーム２ｃも同様に構成される。
【００２５】
（作用）
このような構成の電力変換装置１は、熱放散率が低下しやすい受熱板１１ａの上部には、発熱熱量の小さい第１のＵ相ダイオード５ａを配置することで、熱放散率が低下するのを防いでいる。また、発熱量の大きい第１のＵ相スイッチング素子４ａ及び第４のＵ相スイッチング素子４ｄを受熱板１１ａの対角線上に、発熱熱量の小さい第１のＵ相ダイオード５ａ及び第２のＵ相ダイオード５ｂを受熱板１１ａの対角線上に配置することで、受熱板１１ａの左右方向の熱の不均衡をなくし、熱放散率が低下するのを防いでいる。冷却器１１の冷却効率を維持することで、装置の大型化を抑制することが可能となる。また、本実施形態のインバータ回路において、２郡を同一の冷却器を配置することで、冷却機能の改善、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２６】
（第３の実施形態）
本発明に基づく第３の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図１２は、本発明の第３の実施形態に基づくスイッチング素子の配置図である。尚、図１乃至１０と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００２７】
本実施形態は、第１の実施形態のＵ相アーム２ａを例にして、第１のＵ相スイッチング素子４ａ、第２のＵ相スイッチング素子４ｂ、第３のＵ相スイッチング素子４ｃ、第４のＵ相スイッチング素子４ｄ、第１のＵ相ダイオード５ａ、第２のＵ相ダイオード５ｂの配置の違いについて説明をする。
【００２８】
（構成）
受熱板１１ａの上側に第１のＵ相スイッチング素子４ａと第１のＵ相ダイオード５ａを直方体の形状を有する筐体である第１のパッケージ２０ａ内に収納して配置する。また、受熱板１１ａの下側には、第４のＵ相スイッチング素子４ｄと第２のＵ相ダイオード５ｂを直方体の形状を有する筐体である第３のパッケージ２０ｃ内に収納して配置する。受熱板１１ａの中央部で、第１のパッケージ２０ａと第３のパッケージ２０ｃ間には、第２のＵ相スイッチング素子４ｂと第３のＵ相スイッチング素子４ｃを直方体の形状を有する筐体である第２のパッケージ２０ｂ内に収納して配置する。
【００２９】
（作用）
このような構成の電力変換装置１は、第１の実施形態と同様の効果を有し、かつスイッチング素子４を組み合わせ、パッケージすることで冷却器１１の小型化が可能となる。
【００３０】
冷却器１１の小型化に伴い、電力変換装置１全体の小型化も可能となる。
【００３１】
また、第２の実施形態に記載した配置のように第１のＵ相スイッチング素子４ａと第２のＵ相スイッチング素子４ｂ、第１のＵ相ダイオード５ａと第２のＵ相ダイオード５ｂ、第３のＵ相スイッチング素子４ｃと第４のスイッチング素子４ｄを組み合わせることも可能である。その場合、第２の実施形態の効果に加えて、冷却器１１の小型化が可能となる。また、本実施形態のインバータ回路において、２郡を同一の冷却器を配置することで、冷却機能の改善、装置全体の小型化を図ることができる。
【００３２】
（第４の実施形態）
本発明に基づく第４の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図１３は、本発明の４の実施形態に基づくスイッチング素子の配置図である。尚、図１乃至１２と同一の構成をとるものについては、同符号を付して説明を省略する。
【００３３】
本実施形態は、第１の実施形態のＵ相アーム２ａにＵ相スイッチング素子４６（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ））を追加した点が異なっている。以下、その点について図１２を参照して説明する。
【００３４】
（接続）
Ｕ相アーム２ａの、第１のＵ相スイッチング素子４ａにスイッチング素子４６ａが、第２のＵ相スイッチング素子４ｂにスイッチング素子４６ｂが、第３のＵ相スイッチング素子４ｃにスイッチング素子４６ｃが、第４のＵ相スイッチング素子４ｄにスイッチング素子４６ｄが並列に接続される。また、スイッチング素子４と４６の間には、スイッチング素子をさらに複数、並列に接続することも可能である。Ｖ相アーム２ｂ、Ｗ相アーム２ｃも同様に構成される。
【００３５】
（効果）
このような構成の電力変換装置は、各相で遮断する電流の値を大きくすることができる、第１の実施形態に第２の実施形態または第３の実施形態の配置を適応することでそれぞれの効果を有することが可能である。また、複雑な回路構成になり易い多相レベルインバータにおいても本実施形態の構成を適応することで簡素なインバータ回路にすることが可能となる。また、本実施形態のインバータ回路において、２郡を同一の冷却器を配置することで、冷却機能の改善、装置全体の小型化を図ることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  電力変換装置
２ａ  Ｕ相アーム
２ｂ  Ｖ相アーム
２ｃ  Ｗ相アーム
３  コンデンサ
３ａ  第１のコンデンサ
３ｂ  第２のコンデンサ
４  スイッチング素子
４ａ  第１のＵ相スイッチング素子
４ｂ  第２のＵ相スイッチング素子
４ｃ  第３のＵ相スイッチング素子
４ｄ  第４のＵ相スイッチング素子
５  ダイオード
５ａ  第１のＵ相ダイオード
５ｂ  第２のＵ相ダイオード
６６  コンデンサ中性点
７  ダイオード中性点
８  Ｕ相出力端子
１０ａ  第１経路
１０ｂ  第２経路
１１  冷却器
１１ａ  受熱板
１１ｂ  放熱器
１２  リアクトル
２０ａ  第１のパッケージ
２０ｂ  第２のパッケージ
２０ｃ  第３のパッケージ
３０ａ  第４のパッケージ
３０ｂ  第５のパッケージ
３０ｃ  第６のパッケージ
４０ａ  Ｕ相アーム
４６  Ｕ相スイッチング素子
４６ａ  第１のＵ相スイッチング素子
４６ｂ  第２のＵ相スイッチング素子
４６ｃ  第３のＵ相スイッチング素子
４６ｄ  第４のＵ相スイッチング素子
４７  Ｕ相スイッチング素子
４７ａ  第１のＵ相スイッチング素子
４７ｂ  第２のＵ相スイッチング素子
４７ｃ  第３のＵ相スイッチング素子
４７ｄ  第４のＵ相スイッチング素子
１００  第２のスイッチング要素１００
１０１  第１のスナバ回路
１０２  第３のスイッチング要素
１０３  第２のスナバ回路
【図１】
2011217538.tif 000003
【図２】
2011217538.tif 000004
【図３】
2011217538.tif 000005
【図４】
2011217538.tif 000006
【図５】
2011217538.tif 000007
【図６】
2011217538.tif 000008
【図７】
2011217538.tif 000009
【図８】
2011217538.tif 000010
【図９】
2011217538.tif 000011
【図１０】
2011217538.tif 000012
【図１１】
2011217538.tif 000013
【図１２】
2011217538.tif 000014
【図１３】
2011217538.tif 000015
【図１４】
2011217538.tif 000016