(57)【要約】【課題】放熱性が高いブスバーを有する３レベルインバータユニット及びそれを用いた発熱及びユニット間のアンバランス電流を低減できる３相インバータ装置を提供する。【解決手段】３レベルインバータユニットは、第１及び第２平滑コンデンサの一端が接続されたＣブスバーと、第１平滑コンデンサの他端が接続されたＰブスバーと、第２平滑コンデンサの他端が接続されたＮブスバーとを含み、Ｃブスバーは、第１平板部１１２と第２平板部１１４とを含んで断面略Ｌ字型に形成され、Ｐブスバーは、第３平板部１３２と第４平板部１３４とを含んで断面略Ｌ字型に形成され、Ｎブスバーは、第５平板部１５２と第６平板部１５４とを含んで断面略Ｌ字型に形成され、Ｃブスバーは、Ｐブスバー及びＮブスバーの積層体の外側に積層される。これにより、Ｃブスバーの放熱性を高くすることができ、周辺部品の温度上昇を抑制できる。【選択図】図１１
2019037098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１平滑コンデンサと第２平滑コンデンサと複数のスイッチとを含む３レベルインバータユニットであって、
前記第１平滑コンデンサの一端及び前記第２平滑コンデンサの一端が接続された導電性のＣブスバーと、
前記第１平滑コンデンサの他端が接続された導電性のＰブスバーと、
前記第２平滑コンデンサの他端が接続された導電性のＮブスバーとをさらに含み、
前記Ｐブスバー及び前記Ｎブスバーの間には、直流電圧が印加され、
前記Ｃブスバーは、第１平板部と前記第１平板部に略直交する第２平板部とを含んで断面略Ｌ字型に形成され、
前記Ｐブスバーは、第３平板部と前記第３平板部に略直交する第４平板部とを含んで断面略Ｌ字型に形成され、
前記Ｎブスバーは、第５平板部と前記第５平板部に略直交する第６平板部とを含んで断面略Ｌ字型に形成され、
前記Ｐブスバー及び前記Ｎブスバーは、前記第３平板部及び前記第５平板部が絶縁部材を間に挟み、前記第４平板部及び前記第６平板部が絶縁部材を間に挟んで、積層体を形成し、
前記Ｃブスバーは、
前記第１平板部及び前記第３平板部が絶縁部材を間に挟み、前記第２平板部及び前記第４平板部が絶縁部材を間に挟むように、前記積層体に積層されている、又は、
前記第１平板部及び前記第５平板部が絶縁部材を間に挟み、前記第２平板部及び前記第６平板部が絶縁部材を間に挟むように、前記積層体に積層されていることを特徴とする３レベルインバータユニット。
【請求項２】
前記第１平滑コンデンサの前記一端及び前記第２平滑コンデンサの前記一端は、前記第１平板部に接続され、
前記第１平滑コンデンサの前記他端は、前記第３平板部に接続され、
前記第２平滑コンデンサの前記他端は、前記第５平板部に接続され、
複数の前記スイッチのうち、
前記Ｃブスバーに接続される第１スイッチの一端は、前記第２平板部に接続され、
前記Ｐブスバーに接続される第２スイッチの一端は、前記第４平板部に接続され、
前記Ｎブスバーに接続される第３スイッチの一端は、前記第６平板部に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の３レベルインバータユニット。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の３レベルインバータユニット３台を含む３相インバータ装置であって、
３台の前記３レベルインバータユニットのＣブスバーを相互に接続する導電性の平板状の第１短絡バーと、
３台の前記３レベルインバータユニットのＰブスバーを相互に接続する導電性の平板状の第２短絡バーと、
３台の前記３レベルインバータユニットのＮブスバーを相互に接続する導電性の平板状の第３短絡バーとをさらに含むことを特徴とする３相インバータ装置。
【請求項４】
前記第１短絡バーの幅は、前記第２短絡バーの幅及び前記第３短絡バーの幅の何れよりも広いことを特徴とする、請求項３に記載の３相インバータ装置。
【請求項５】
前記第１短絡バー、前記第２短絡バー及び前記第３短絡バーのうち、少なくとも前記第１短絡バーは、電気抵抗率を絶対透磁率で除した値が、銅よりも大きい導電性部材で形成されていることを特徴とする、請求項３又は４に記載の３相インバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱性の高い３レベルインバータユニット、及び、それを用いた放熱性の高い３相インバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
３つの異なるレベルの電圧を出力できる３レベルインバータが知られている（特許文献１及び２参照）。３レベルインバータは、例えば図１のような回路で構成される。
【０００３】
図１を参照して、３レベルインバータ９００は、Ｐノード９０２、Ｎノード９０４、Ｃノード９０６、第１平滑コンデンサ９０８、第２平滑コンデンサ９１０、及び、４つのスイッチ素子９１２を備えている。ここで、ノードとは、電気回路上の同電位の部分を表す。Ｐノード９０２には、直流電源（図示せず）から正電圧が印加され、Ｎノード９０４には直流電源から負電圧が印加される。Ｃノード９０６は、直列接続された第１平滑コンデンサ９０８及び第２平滑コンデンサ９１０により、Ｐノード９０２の電圧とＮノード９０４の電圧とが分圧された中間の電圧となる。各スイッチ素子９１２は、ＩＧＢＴとダイオード（還流ダイオード）とから構成されている。ダイオードの両端はそれぞれ、通電の順方向がＩＧＢＴの通電の順方向と逆になるように、ＩＧＢＴのソース及びエミッタに接続されている。４つのスイッチ素子９１２の各ゲート（図示せず）に制御信号（例えばＰＷＭ制御信号）を印加してオン／オフ制御することにより、Ｐノード９０２及びＮノード９０４に印加される直流電圧を、交流電圧に変換して、ＡＣ端子から出力することができる。３レベルインバータは、一般的な２レベルインバータよりも、より正弦波に近い波形を出力することができ、小型化及び高効率化が可能である。
【０００４】
３レベルインバータ９００が電力設備等で使用される場合には、大電流を流すために、Ｐノード９０２、Ｎノード９０４及びＣノード９０６は、断面積が大きい板状又は棒状に形成され、ブスバー（Ｂｕｓ  Ｂａｒ）又はバスバーと呼ばれる。以下において、Ｐノード、Ｎノード及びＣノードをそれぞれ、Ｐブスバー、Ｎブスバー及びＣブスバーともいう。
【０００５】
図２を参照して、Ｐノード９０２、Ｎノード９０４及びＣノード９０６に対応する各ブスバーは、間に絶縁部材（図示せず）を挟んで積層され、ブスバー積層体９１６を構成する。即ち、図１におけるＰ端子、Ｎ端子及びＣ端子の位置関係と同様に、Ｃブスバー（Ｃノード９０６）は、Ｐブスバー（Ｐノード９０２）及びＮブスバー（Ｎノード９０４）の間に挟まれて配置されている。
【０００６】
単相の３レベルインバータを複数組合せて３相のインバータ装置を構成することが知られている。図３に、図１に示した構成の３レベルインバータを３つ使用して構成した３相インバータを示す。
【０００７】
図３を参照して、３相インバータは、３レベルインバータ９００（図１参照）と、３レベルインバータ９００と同様の回路構成の３レベルインバータ９２０及び９２２とから構成される。３レベルインバータ９００、９２０及び９２２のそれぞれのＰノードは、Ｐノード相互接続ライン９２６により相互に接続されている。同様に、３レベルインバータ９００、９２０及び９２２のそれぞれのＮノードはＮノード相互接続ライン９２８により相互に接続され、ＣノードはＣノード相互接続ライン９３０により相互に接続されている。Ｐノード相互接続ライン９２６及びＮノード相互接続ライン９２８に直流電源９３２から直流電圧が印加され、各スイッチ素子（ＩＧＢＴ）を所定の制御信号によりオン／オフ制御することにより、Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子から３相の交流電圧を出力することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−９１１７８号公報
【特許文献２】特開２００７−６５８４号公報
【特許文献３】特開２００７−２８２４９７号公報
【特許文献４】特開２００８−１６７６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
電力機器及び電力システム等で使用されるインバータにおいては、一般に放熱が問題となる（特許文献３参照）。特に、３レベルインバータでは、スイッチ素子９１２のオン／オフにより、直流側のＰ−Ｃ間、及びＣ−Ｎ間に、交互に電流が流れる。したがって、Ｃブスバーの発熱は、他のブスバー（Ｐブスバー、Ｎブスバー）よりも大きくなる。従来の３レベルインバータユニットにおいては、図２に示したように、Ｃブスバー（Ｃノード９０６）はＰブスバー（Ｐノード９０２）及びＮブスバー（Ｎノード９０４）に挟まれて積層されており、そのためＣブスバーの発熱を逃がすことができず、周辺部品が高温になり、部品及びユニットの寿命が低下する問題がある。３レベルインバータユニットを用いた装置（２台用いた２相インバータ装置、３台用いた３相インバータ装置）においても、製品寿命が低下する原因となる。
【００１０】
製造及びメンテナンスを容易にするために、図３のように３レベルインバータユニット３台を接続して３相インバータ装置を構成することが考えられる。その場合、上記したように、各ユニットの対応する直流端子（Ｐ、Ｎ及びＣ端子）を相互に電気的に接続する。具体的な構成の一例を、図４に示す。それぞれ３つの第１平滑コンデンサ９０８及び第２平滑コンデンサ９１０は、ブスバー積層体９１６の上側に配置され、スイッチモジュール９１４はブスバー積層体９１６の下側に配置されている。スイッチモジュール９１４の下には、ダクト９４０が配置され、スイッチモジュール９１４を構成するＩＧＢＴによる発熱を放散させるための放熱フィン等のヒートシンク（図示せず）を収容しており、ファン９４２によりヒートシンクに送風することにより、熱を外部に効率よく逃がすことができる。
【００１１】
各ユニットのＣ端子（Ｃブスバー）には交流電流（還流電流）が流れるので、複数の３レベルインバータユニット間で、対応するブスバーを単に接続しただけでは、Ｃブスバーの発熱により平滑コンデンサが高温になり、寿命低下及び破損等の問題が生じる。ＰＷＭ制御等の高周波制御によりスイッチ素子（ＩＧＢＴ）をオン／オフさせるため、高周波（例えば、６ｋＨｚ、１２ｋＨｚ、又は１８ｋＨｚ）による表皮効果のために電気導体の表面付近にしか電流が流れず、発熱量が大きくなる問題もある。
【００１２】
さらに、スイッチングによるリップル電流も問題となる（特許文献４参照）。３レベルインバータユニット３台を接続して３相インバータ装置を構成する場合、リップル電流成分が大きくなり、ユニット間でリップル電流のアンバランスが発生する問題もある。
【００１３】
したがって、本発明は第１に、放熱性が高いブスバーを有する３レベルインバータユニットを提供することを目的とする。また、本発明は第２に、３レベルインバータユニットを複数用いる場合に、発熱及びユニット間のアンバランス電流を低減することができる３相インバータ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】
【００１４】
本発明の第１局面に係る３レベルインバータユニットは、第１平滑コンデンサと第２平滑コンデンサと複数のスイッチとを含む３レベルインバータユニットである。この３レベルインバータユニットは、第１平滑コンデンサの一端及び第２平滑コンデンサの一端が接続された導電性のＣブスバーと、第１平滑コンデンサの他端が接続された導電性のＰブスバーと、第２平滑コンデンサの他端が接続された導電性のＮブスバーとをさらに含み、Ｐブスバー及びＮブスバーの間には、直流電圧が印加される。Ｃブスバーは、第１平板部と第１平板部に略直交する第２平板部とを含んで断面略Ｌ字型に形成され、Ｐブスバーは、第３平板部と第３平板部に略直交する第４平板部とを含んで断面略Ｌ字型に形成され、Ｎブスバーは、第５平板部と第５平板部に略直交する第６平板部とを含んで断面略Ｌ字型に形成されている。Ｐブスバー及びＮブスバーは、第３平板部及び第５平板部が絶縁部材を間に挟み、第４平板部及び第６平板部が絶縁部材を間に挟んで、積層体を形成している。Ｃブスバーは、第１平板部及び第３平板部が絶縁部材を間に挟み、第２平板部及び第４平板部が絶縁部材を間に挟むように、積層体に積層されている、又は、第１平板部及び第５平板部が絶縁部材を間に挟み、第２平板部及び第６平板部が絶縁部材を間に挟むように、積層体に積層されている。
【００１５】
これにより、Ｃブスバーは、Ｐブスバー及びＮブスバーの外側に配置されて積層されるので、Ｃブスバーの発熱を効率よく放散させることができ、放熱性を高くすることができ、周辺部品の温度上昇を抑制することができる。
【００１６】
好ましくは、第１平滑コンデンサの一端及び第２平滑コンデンサの一端は、第１平板部に接続され、第１平滑コンデンサの他端は、第３平板部に接続され、第２平滑コンデンサの他端は、第５平板部に接続される。複数のスイッチのうち、Ｃブスバーに接続される第１スイッチの一端は、第２平板部に接続され、Ｐブスバーに接続される第２スイッチの一端は、第４平板部に接続され、Ｎブスバーに接続される第３スイッチの一端は、第６平板部に接続される。
【００１７】
これにより、Ｃブスバーの放熱性をより高くすることができ、Ｃブスバーの発熱による平滑コンデンサ及びスイッチの温度上昇を抑制することができる。
【００１８】
本発明の第２の局面に係る３相インバータ装置は、上記の３レベルインバータユニット３台を含む３相インバータ装置である。この３相インバータ装置は、３台の３レベルインバータユニットのＣブスバーを相互に接続する導電性の平板状の第１短絡バーと、３台の３レベルインバータユニットのＰブスバーを相互に接続する導電性の平板状の第２短絡バーと、３台の３レベルインバータユニットのＮブスバーを相互に接続する導電性の平板状の第３短絡バーとをさらに含む。
【００１９】
これにより、放熱性の高い３レベルインバータユニットにより、３相インバータ装置を構成することができる。
【００２０】
好ましくは、第１短絡バーの幅は、第２短絡バーの幅及び第３短絡バーの幅の何れよりも広い。
【００２１】
これにより、３相インバータ装置を高周波制御するときに生じる表皮効果による第１短絡バーの発熱を抑制することができ、３相インバータ装置の寿命をより長くすることができ、ユニット間のアンバランス電流を低減することができる。
【００２２】
より好ましくは、第１短絡バー、第２短絡バー及び第３短絡バーのうち、少なくとも第１短絡バーは、電気抵抗率を絶対透磁率で除した値が、銅よりも大きい導電性部材で形成されている。
【００２３】
これにより、表皮効果による発熱をより抑制することができる。
【００２４】
また、好ましくは、第１短絡バーの幅は、第２短絡バーの幅の２倍以上であり、且つ、第３短絡バーの幅の２倍以上である。これにより、表皮効果による発熱をより抑制することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、３レベルインバータユニットにおいて、Ｃブスバーの放熱性を高くすることができ、周辺部品の温度上昇を抑制することができる。
また、複数の３レベルインバータユニットを用いた３相インバータ装置において、発熱及びユニット間のアンバランス電流を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の３レベルインバータユニットを示す回路図である。
【図２】従来の３レベルインバータユニットにおけるブスバーの構造を示す斜視図である。
【図３】従来の３レベルインバータユニットを用いた３相インバータ装置を示す回路図である。
【図４】従来の３レベルインバータユニットを用いた３相インバータ装置を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る３相インバータ装置を示す斜視図である。
【図６】図５の３相インバータ装置の回路構成を示す回路図である。
【図７】図５の３相インバータ装置を構成する３レベルインバータユニットのＣブスバーを示す三面図である。
【図８】図５の３相インバータ装置を構成する３レベルインバータユニットのＰブスバーを示す三面図である。
【図９】図５の３相インバータ装置を構成する３レベルインバータユニットのＮブスバーを示す三面図である。
【図１０】図７のＰブスバー、図８のＣブスバー、図９のＮブスバー、及び短絡バーの配置を示す斜視図である。
【図１１】図７のＰブスバー、図８のＣブスバー及び図９のＮブスバーの積層構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２８】
（３相インバータ装置の全体構成）
図５及び図６を参照して、本発明の実施の形態に係る３相インバータ装置は、第１の３レベルインバータユニット１００、第２の３レベルインバータユニット１０２、及び第３の３レベルインバータユニット１０４から構成されている。第２の３レベルインバータユニット１０２及び第３の３レベルインバータユニット１０４は、以下に示す第１の３レベルインバータユニット１００と同様に構成されている。
【００２９】
図６を参照して、第１の３レベルインバータユニット１００は、図１と同様に、Ｃブスバー１１０、Ｐブスバー１３０、Ｎブスバー１５０、第１平滑コンデンサ２００、第２平滑コンデンサ２０２、及び、スイッチモジュール２０４を備えている。スイッチモジュール２０４は、複数のスイッチ素子から構成され、各スイッチ素子は、ＩＧＢＴと還流ダイオードとが、それぞれの順方向電流が逆になるように接続されて構成されている。Ｐブスバー１３０には、直流電源２０６から正電圧が印加され、Ｎブスバー１５０には直流電源２０６から負電圧が印加される。Ｃブスバー１１０は、直列接続された第１平滑コンデンサ２００及び第２平滑コンデンサ２０２により、Ｐブスバー１３０の電圧とＮブスバー１５０の電圧とが分圧された中間の電圧となる。
【００３０】
それぞれ３つの第１平滑コンデンサ２００及び第２平滑コンデンサ２０２は、図４とは異なり、横向きに配置され、後述するブスバー積層体１７０の鉛直部に接続されている。スイッチモジュール２０４は、ブスバー積層体１７０の水平部の下側に配置されている。スイッチモジュール２０４の下には、ダクト２１０が配置され、ダクト２１０を構成するＩＧＢＴによる発熱を放散させるための放熱フィン等のヒートシンク（図示せず）を収容しており、ファン２１２によりヒートシンクに送風することにより、熱を外部に効率よく逃がすことができる。
【００３１】
第１の３レベルインバータユニット１００、第２の３レベルインバータユニット１０２及び第３の３レベルインバータユニット１０４のそれぞれのＣノードは、Ｃブスバー用短絡バー１１８により相互に接続されている。同様に、第１の３レベルインバータユニット１００、第２の３レベルインバータユニット１０２及び第３の３レベルインバータユニット１０４のそれぞれのＰノードは、Ｐブスバー用短絡バー１３８により相互に接続され、Ｎノードは、Ｎブスバー用短絡バー１５８により相互に接続されている。Ｐブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８に直流電源２０６から直流電圧が印加され、各スイッチ素子（ＩＧＢＴ）を所定の制御信号（例えばＰＷＭ制御信号）によりオン／オフ制御することにより、Ｕ端子、Ｖ端子及びＷ端子から３相の交流電圧を出力することができる。
【００３２】
（各ブスバーの構成）
各３レベルインバータユニットにおけるＣブスバー、Ｐブスバー及びＮブスバーの形状の一例を示す。図７を参照して、Ｃブスバー１１０は、平板状の導電性部材で形成された第１平板部１１２、第２平板部１１４及び第１固定部１１６を備えている。第２平板部１１４及び第１固定部１１６はそれぞれ、第１平板部１１２に対して略９０度の角度を成している。Ｃブスバー１１０は、例えばアルミニウムで形成されている。Ｃブスバー１１０は、例えば、平板を切削及び折り曲げ加工することにより形成される。
【００３３】
貫通孔１２０及び貫通孔１２２は、第１平滑コンデンサ２００及び第２平滑コンデンサ２０２のそれぞれの一端を、ボルト等を介してＣブスバー１１０に電気的に接続するためのものである。貫通孔１２４及び貫通孔１２６は、第１平滑コンデンサ２００及び第２平滑コンデンサ２０２のそれぞれの他端が、Ｃブスバー１１０に接触して電気的に導通することを回避するためのものである。３組の第１平滑コンデンサ２００及び第２平滑コンデンサ２０２に対応させて、それぞれ複数の貫通孔１２０、貫通孔１２２、貫通孔１２４及び貫通孔１２６が形成されている。複数の貫通孔１２８は、第１固定部１１６を、ボルト等を介してＣブスバー用短絡バー１１８に電気的に接続させるためのものである。
【００３４】
第２平板部１１４は一部破断して示している。スイッチモジュール２０４を構成するスイッチ素子の一端（図６ではＩＧＢＴのコレクタ）に接続するための機構を備えている。第２平板部１１４は、例えば、公知の大電力スイッチング用のＩＧＢＴモジュールのＣ端子を、ボルト等を介して第２平板部１１４に接続するための貫通孔（図示せず）を備えている。
【００３５】
図８を参照して、Ｐブスバー１３０は、第３平板部１３２、第４平板部１３４及び第２固定部１３６を備えている。第４平板部１３４及び第２固定部１３６はそれぞれ、第３平板部１３２に対して略９０度の角度を成している。Ｐブスバー１３０は、例えばアルミニウムで形成されている。Ｐブスバー１３０は、例えば、平板を切削及び折り曲げ加工することにより形成される。
【００３６】
貫通孔１４０は、第１平滑コンデンサ２００の、Ｃブスバー１１０に接続されていない他端を、ボルト等を介してＰブスバー１３０に電気的に接続するためのものである。貫通孔１４２は、第１平滑コンデンサ２００の、Ｃブスバー１１０に接続された一端が、Ｐブスバー１３０に接触して電気的に導通することを回避するためのものである。貫通孔１４４は、第２平滑コンデンサ２０２の両端（一端及び他端）がＰブスバー１３０に接触して電気的に導通することを回避するためのものである。３組の第１平滑コンデンサ２００及び第２平滑コンデンサ２０２に対応させて、それぞれ複数の貫通孔１４０、貫通孔１４２及び貫通孔１４４が形成されている。複数の貫通孔１４６は、第２固定部１３６を、ボルト等を介してＰブスバー用短絡バー１３８に電気的に接続させるためのものである。
【００３７】
第４平板部１３４は一部破断して示している。スイッチモジュール２０４を構成するスイッチ素子の一端（図６ではＩＧＢＴのコレクタ）に接続するための機構を備えている。第４平板部１３４は、例えば、公知の大電力スイッチング用のＩＧＢＴモジュールのＰ端子を、ボルト等を介して第４平板部１３４に接続するための貫通孔（図示せず）を備えている。
【００３８】
図９を参照して、Ｎブスバー１５０は、第５平板部１５２、第６平板部１５４及び第３固定部１５６を備えている。第６平板部１５４及び第３固定部１５６はそれぞれ、第５平板部１５２に対して略９０度の角度を成している。Ｎブスバー１５０は、例えばアルミニウムで形成されている。Ｎブスバー１５０は、例えば、平板を切削及び折り曲げ加工することにより形成される。
【００３９】
貫通孔１６０は、第２平滑コンデンサ２０２の、Ｐブスバー１３０に接続されていない他端を、ボルト等を介してＮブスバー１５０に電気的に接続するためのものである。貫通孔１６２は、第２平滑コンデンサ２０２の、Ｐブスバー１３０に接続された一端がＮブスバー１５０に接触して電気的に導通することを回避するためのものである。貫通孔１６４は、第１平滑コンデンサ２００の両端（一端及び他端）がＮブスバー１５０に接触して電気的に導通することを回避するためのものである。３組の第１平滑コンデンサ２００及び第２平滑コンデンサ２０２に対応させて、それぞれ複数の貫通孔１６０、貫通孔１６２及び貫通孔１６４が形成されている。複数の貫通孔１６６は、第３固定部１５６を、ボルト等を介してＮブスバー用短絡バー１５８に電気的に接続させるためのものである。
【００４０】
第６平板部１５４は一部破断して示している。スイッチモジュール２０４を構成するスイッチ素子の一端（図６ではＩＧＢＴのエミッタ）に接続するための機構を備えている。第６平板部１５４は、例えば、公知の大電力スイッチング用のＩＧＢＴモジュールのＮ端子を、ボルト等を介して第６平板部１５４に接続するための貫通孔を備えている。
【００４１】
（ブスバーの積層構造）
３レベルインバータユニットにおける３つのブスバーの積層構造を、図１０に示す。図１０には、主として第１の３レベルインバータユニット１００を構成する３つのブスバーの配置を示している。図１０には、図５に示した一部の構成要素は図示していないが、ＸＹＺ直交軸により、第１の３レベルインバータユニット１００における３つのブスバーの配置は明らかである。第２の３レベルインバータユニット１０２及び第３の３レベルインバータユニット１０４も、第１の３レベルインバータユニット１００と同様に構成されている。
【００４２】
図１０を参照して、Ｃブスバー１１０、Ｐブスバー１３０及びＮブスバー１５０は、積層されて配置され（図１０では便宜上、少し離隔させて図示している）、ブスバー積層体１７０を形成している。即ち、図１１を参照して、Ｃブスバー１１０の第１平板部１１２とＰブスバー１３０の第３平板部１３２とは、間に絶縁部材（図示せず）を挟んで積層され、Ｐブスバー１３０の第３平板部１３２とＮブスバー１５０の第５平板部１５２とは、間に絶縁部材（図示せず）を挟んで積層され、これらによりブスバー積層体１７０の鉛直部が構成されている。同様に、Ｃブスバー１１０の第２平板部１１４とＰブスバー１３０の第４平板部１３４とは、間に絶縁部材（図示せず）を挟んで積層され、Ｐブスバー１３０の第４平板部１３４とＮブスバー１５０の第６平板部１５４とは、間に絶縁部材（図示せず）を挟んで積層され、これらによりブスバー積層体１７０の水平部が構成されている。絶縁部材は、隣接するブスバー間が接触して直接電気的に導通しないようにするためのものである。
【００４３】
Ｃブスバー用短絡バー１１８、Ｐブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８は、それぞれ第１固定部１１６、第２固定部１３６及び第３固定部１５６に接続されている。即ち、Ｃブスバー用短絡バー１１８により、第１の３レベルインバータユニット１００、第２の３レベルインバータユニット１０２及び第３の３レベルインバータユニット１０４のそれぞれのＣブスバー１１０が相互に接続され、Ｐブスバー用短絡バー１３８により、第１の３レベルインバータユニット１００、第２の３レベルインバータユニット１０２及び第３の３レベルインバータユニット１０４のそれぞれのＰブスバー１３０が相互に接続され、Ｎブスバー用短絡バー１５８により、第１の３レベルインバータユニット１００、第２の３レベルインバータユニット１０２及び第３の３レベルインバータユニット１０４のそれぞれのＮブスバー１５０が相互に接続されている。
【００４４】
例えば、Ｃブスバー用短絡バー１１８、Ｐブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８は、アルミニウムで形成されている。例えば、Ｃブスバー用短絡バー１１８、Ｐブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８のそれぞれの長さ（３台の３レベルインバータユニットの並び方向の長さ）は等しく、それぞれの厚さも等しく、Ｐブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８の幅は等しい。Ｃブスバー用短絡バー１１８の幅は、Ｐブスバー用短絡バー１３８（Ｎブスバー用短絡バー１５８）の幅の２倍以上の大きさに形成されており、Ｃブスバー用短絡バー１１８の表面積は、Ｐブスバー用短絡バー１３８（Ｎブスバー用短絡バー１５８）の２倍以上である。
【００４５】
以上により、３台の３レベルインバータユニットを用いて図５のように構成された３相インバータ装置は、Ｃブスバー用短絡バー１１８、Ｐブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８がアルミニウムで形成され、Ｃブスバー用短絡バー１１８がＰブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８の何れよりも幅広く形成されることにより、発熱を抑制することができ、ブスバーの周辺部品（平滑コンデンサ等）の温度上昇を抑制することができる。したがって、部品の寿命が長くなり、３相インバータ装置としての寿命も長くなる。また、複数の３レベルインバータユニット間のアンバランス電流を低減することができる。
【００４６】
Ｃブスバー１１０、Ｐブスバー１３０、Ｎブスバー１５０、Ｃブスバー用短絡バー１１８、Ｐブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８の材質として、一般に使用される導電性部材である銅に代えて、アルミニウムを使用することにより、ＰＷＭ制御等の高周波制御による高周波電流により生じる表皮効果による発熱を抑制することができる。
【００４７】
表１に、銅とアルミニウムの表皮深さ（スキンデプス（Ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）ともいう）の周波数依存性の一例を示す（ｍｍ単位）。アルミニウムの方が銅よりも、より深く電流が流れることから、同じ電流量であれば、発熱量はより少ない。
【００４８】
【表１】
2019037098.tif 000003
【００４９】
３レベルインバータユニット単体においては、３つのブスバーの積層構造を、Ｐブスバー及びＮブスバーの積層体の外側にＣブスバーを積層させる構造としたことにより、発熱量の大きいＣブスバーによる発熱を効率的に放散させることができる。また、３つのブスバーをアルミニウムで形成することより、表皮効果による発熱を低減することができる。したがって、ブスバーの周辺部品（平滑コンデンサ等）の温度上昇を抑制することができ、周辺部品の寿命が長くなり、３レベルインバータユニットとしての寿命も長くなる。
【００５０】
ブスバー積層体１７０を、断面が略Ｌ字型になるように形成し、その鉛直部（図１１の第１平板部１１２、第３平板部１３２及び第５平板部１５２により構成される積層部）及び水平部（図１１の第２平板部１１４、第４平板部１３４及び第６平板部１５４により構成される積層部）に隣接する空間に、平滑コンデンサを配置する構造により、高い放熱性を維持したまま、３レベルインバータユニットをより小型化することができる。
【００５１】
また、Ｃブスバー１１０、Ｐブスバー１３０、Ｎブスバー１５０、Ｃブスバー用短絡バー１１８、Ｐブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８の材質として、アルミニウムを使用することにより、３レベルインバータユニット単体の重量、及び、３相インバータ装置の重量を軽減することができる。
【００５２】
上記では、Ｃブスバー用短絡バー１１８の幅が、Ｐブスバー用短絡バー１３８（Ｎブスバー用短絡バー１５８）の幅の２倍以上の大きさに形成される場合を説明したが、これに限定されない。Ｃブスバー用短絡バー１１８の幅は、Ｐブスバー用短絡バー１３８の幅及びＮブスバー用短絡バー１５８の幅の何れよりも広く形成されていれば、放熱性を高くすることができる。
【００５３】
また、上記では、Ｃブスバー１１０、Ｐブスバー１３０、Ｎブスバー１５０、Ｃブスバー用短絡バー１１８、Ｐブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８が全てアルミニウムで形成される場合を説明したが、これに限定されない。Ｃブスバー１１０及びＣブスバー用短絡バー１１８がアルミニウムで形成されていれば、主たる発熱源となるＣブスバー１１０及びＣブスバー用短絡バー１１８における表皮効果による発熱を抑制することができるので、Ｐブスバー１３０、Ｎブスバー１５０、Ｐブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８は、銅で形成されてもよい。
【００５４】
図７〜９では、Ｃブスバー１１０、Ｐブスバー１３０及びＮブスバー１５０が、平板を切削及び折り曲げ加工することにより形成される場合を説明したが、これに限定されない。Ｃブスバー１１０は、全体として電気的に接続されていればよく、複数の部材をボルト又は溶接等により接続して形成されてもよい。Ｐブスバー１３０及びＮブスバー１５０に関しても同様である。
【００５５】
上記では、Ｃブスバー１１０、Ｐブスバー１３０及びＮブスバー１５０の順に積層し、Ｃブスバー１１０の側に平滑コンデンサを配置する場合を説明したがこれに限定されない。Ｃブスバー１１０、Ｎブスバー１５０及びＰブスバー１３０の順に積層されても、Ｐブスバー１３０、Ｎブスバー１５０及びＣブスバー１１０の順に積層されても、Ｎブスバー１５０、Ｐブスバー１３０及びＣブスバー１１０の順に積層されてもよい。Ｃブスバー１１０が、Ｐブスバー１３０及びＮブスバー１５０の積層体の外側に配置されていれば、主たる熱源であるＣブスバー１１０の放熱性を高くすることができる。平滑コンデンサは、Ｃブスバー１１０、Ｐブスバー１３０及びＮブスバー１５０によるブスバー積層体の何れの側に配置されてもよい。
【００５６】
Ｃブスバー１１０における第１固定部１１６の形状及び位置、Ｐブスバー１３０における第２固定部１３６の形状及び位置、並びに、Ｎブスバー１５０における第３固定部１５６の形状及び位置は、図７〜１０に示したものに限定されない。３台の３レベルインバータユニットの各ブスバーを相互に接続するＣブスバー用短絡バー１１８、Ｐブスバー用短絡バー１３８及びＮブスバー用短絡バー１５８が、相互に干渉しないように、第１固定部１１６、第２固定部１３６及び第３固定部１５６が形成されていればよい。
【００５７】
例えば、図１０では、Ｐブスバー用短絡バー１３８がＣブスバー用短絡バー１１８の右側に配置されているが、Ｐブスバー用短絡バー１３８がＣブスバー用短絡バー１１８と同じ高さで、Ｃブスバー用短絡バー１１８の左側に配置されるように、Ｐブスバー１３０において第２固定部１３６を形成してもよい。また、Ｎブスバー用短絡バー１５８がＣブスバー用短絡バー１１８と同じ高さで、Ｃブスバー用短絡バー１１８の左側に配置されるように、Ｎブスバー１５０において第３固定部１５６を形成してもよい。また、図１０では、Ｐブスバー用短絡バー１３８は、Ｃブスバー用短絡バー１１８と平行に配置されているが、Ｐブスバー用短絡バー１３８がＮブスバー用短絡バー１５８と平行に配置されるように、Ｐブスバー１３０において第２固定部１３６を形成してもよい。
【００５８】
上記では、Ｃブスバー１１０、Ｐブスバー１３０及びＮブスバー１５０を、絶縁部材を介して積層する場合を説明したがこれに限定されない。Ｃブスバー１１０、Ｐブスバー１３０及びＮブスバー１５０のそれぞれの表面（少なくとも積層した場合に相互に接触する部分）に絶縁膜の被覆を形成してもよい。
【００５９】
上記では、スイッチ素子としてＩＧＢＴを用いる場合を説明したが、これに限定されない。ＰＷＭ制御等の制御により動作するスイッチ素子であればよく、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＧＴＯ、バイポーラトランジスタ、ＳｉＣ半導体デバイス、ＧａＮ半導体デバイス等であってもよい。
【００６０】
上記では、３レベルインバータユニットにおいて、第１平滑コンデンサ２００及び第２平滑コンデンサ２０２をそれぞれ３個のコンデンサで構成する場合を説明したが、これに限定されない。第１平滑コンデンサ２００及び第２平滑コンデンサ２０２を、それぞれ３個未満、又は、４個以上のコンデンサにより構成してもよい。
【００６１】
上記では、表皮効果による発熱を低減するために、アルミニウムを使用する場合を説明したが、これに限定されない。銅よりもスキンデプスが大きい導電性部材であればよく、銅を使用する場合よりも表皮効果による発熱を低減することができる。導電性部材の電気抵抗率ρ、電流の角周波数ω及び絶対透磁率μを用いて、スキンデプスｄは次式で表される。したがって、電気抵抗率ρを絶対透磁率μで除した値ρ／μが、銅よりも大きい導電性部材を使用すればよい。
【００６２】
【数１】
2019037098.tif 000004
【００６３】
以上、実施の形態を説明することにより本発明を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本発明は上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。
【符号の説明】
【００６４】
１００    第１の３レベルインバータユニット
１０２    第２の３レベルインバータユニット
１０４    第３の３レベルインバータユニット
１１０    Ｃブスバー
１１２    第１平板部
１１４    第２平板部
１１６    第１固定部
１１８    Ｃブスバー用短絡バー
１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１４０、１４２、１４４、１４６、１６０、１６２、１６４、１６６    貫通孔
１３０    Ｐブスバー
１３２    第３平板部
１３４    第４平板部
１３６    第２固定部
１３８    Ｐブスバー用短絡バー
１５０    Ｎブスバー
１５２    第５平板部
１５４    第６平板部
１５６    第３固定部
１５８    Ｎブスバー用短絡バー
１７０、９１６    ブスバー積層体
２００、９０８    第１平滑コンデンサ
２０２、９１０    第２平滑コンデンサ
２０４、９１４    スイッチモジュール
２０６、９３２    直流電源
２１０、９４０    ダクト
２１２、９４２    ファン
９００、９２０、９２２    ３レベルインバータ
９０２    Ｐノード
９０４    Ｎノード
９０６    Ｃノード
９１２    スイッチ素子
９２６    Ｐノード相互接続ライン
９２８    Ｎノード相互接続ライン
９３０    Ｃノード相互接続ライン
【図１】
2019037098.tif 000005
【図２】
2019037098.tif 000006
【図３】
2019037098.tif 000007
【図４】
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【図５】
2019037098.tif 000009
【図６】
2019037098.tif 000010
【図７】
2019037098.tif 000011
【図８】
2019037098.tif 000012
【図９】
2019037098.tif 000013
【図１０】
2019037098.tif 000014
【図１１】
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