(57)【要約】【課題】設置スペースを小さくした他励式電力変換装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る他励式電力変換装置は、直列に接続されたサイリスタを含むスタックと、前記スタックのアノード側に接続された第１電極と、前記スタックのカソード側に接続された第２電極と、を含むモジュールと、前記モジュールを前記第１電極側で支持する絶縁性の第１フレームと、前記モジュールを前記第２電極側で支持する絶縁性の第２フレームと、前記第１電極に接続され、前記第１フレーム上に近接して配置された第１配線部材と、前記第２電極に接続され、前記第２フレーム上に近接して配置された第２配線部材と、を備える。【選択図】図１
2019161141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列に接続されたサイリスタを含むスタックと、前記スタックのアノード側に接続された第１電極と、前記スタックのカソード側に接続された第２電極と、を含むモジュールと、
前記モジュールを前記第１電極側で支持する絶縁性の第１フレームと、
前記モジュールを前記第２電極側で支持する絶縁性の第２フレームと、
前記第１電極に接続され、前記第１フレーム上に近接して配置された第１配線部材と、
前記第２電極に接続され、前記第２フレーム上に近接して配置された第２配線部材と、
を備えた他励式電力変換装置。
【請求項２】
前記第１配線部材の少なくとも一部は、前記第１フレームに接触して設けられた請求項１記載の他励式電力変換装置。
【請求項３】
前記第２配線部材の少なくとも一部は、前記第２フレームに接触して設けられた請求項１または２に記載の他励式電力変換装置。
【請求項４】
前記第１フレームおよび前記第２フレームは、強化プラスチックを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の他励式電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、他励式電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流送電等に用いられる他励式電力変換装置は、高電圧化・大容量化が進展している。一方、他励式電力変換装置の変換器を設置するスペースは限られており、変換器の小型化、省スペース化の要求は強まっている。
【０００３】
変換器の高電圧化・大容量化にともない、変換器を構成する部品や部材が多くなり、装置の組立工数の増大も顕著である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３７２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、設置スペースを小さくした他励式電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る他励式電力変換装置は、直列に接続されたサイリスタを含むスタックと、前記スタックのアノード側に接続された第１電極と、前記スタックのカソード側に接続された第２電極と、を含むモジュールと、前記モジュールを前記第１電極側で支持する絶縁性の第１フレームと、前記モジュールを前記第２電極側で支持する絶縁性の第２フレームと、前記第１電極に接続され、前記第１フレーム上に近接して配置された第１配線部材と、前記第２電極に接続され、前記第２フレーム上に近接して配置された第２配線部材と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本実施形態では、第１フレーム上および第２フレーム上に近接して第１配線部材および第２配線部材がそれぞれ配置されているので、他励式電力変換装置の設置スペースを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する三面図である。
【図２】電力変換装置のモジュールの実装状態を例示する模式図である。
【図３】実施形態の電力変換装置を比較例の電力変換装置と比較した模式的な平面図である。
【図４】実施形態の電力変換装置を比較例の電力変換装置と比較した模式的な側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１０】
図１は、実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する三面図である。
図２は、電力変換装置のモジュールの実装状態を例示する模式図である。
図１および図２に示すように、本実施形態の電力変換装置１０は、モジュール１２と、アノード電極１３ａと、カソード電極１３ｂと、フレーム１４ａ〜１４ｆと、引出線１６ａ，１６ｂと、ブスバー１８ａ，１８ｂと、を備える。
【００１１】
モジュール１２は、フレーム１４ａ〜１４ｆに支持されて、同一平面上に複数個配置され、さらに直列接続されてサイリスタバルブのアームを構成する。また、図示しないが、モジュール１２を含むアームはさらに高さ方向に、絶縁支柱を介して積み上げられ、電力変換器であるサイリスタバルブを構成する。電力変換装置１０は、サイリスタバルブと、サイリスタバルブを制御する制御装置とを含んでいる。
【００１２】
モジュール１２は、直列に接続されたサイリスタからなるサイリスタスタックと、各サイリスタのアノードカソード間に接続されたスナバ回路と、を含んでいる。各サイリスタには、たとえば、両方の端子を圧着するヒートシンクからなる冷却機構が設けられている。ヒートシンクは、別途設けられたポンプ等によって循環する純水等の冷媒によって冷却される。
【００１３】
モジュール１２には、サイリスタスタックの一方の電極に接続されたアノード電極１３ａおよび他方の電極に接続されたカソード電極１３ｂが設けられている。アノード電極１３ａおよびカソード電極１３ｂは、モジュール１２の、フレーム１４ａ，１４ｂの側の両端の付近に設けられている。アノード電極１３ａおよびカソード電極１３ｂには、引出線１６ａ，１６ｂを介して、ブスバー１８ａ，１８ｂにそれぞれ接続されており、ブスバー１８ａ，１８ｂを介して、モジュール１２を外部回路に接続することができる。
【００１４】
フレーム１４ａ〜１４ｄは、平面視で、モジュール１２の四方を取り囲むように設けられている。また、フレーム１４ｅ，１４ｆは、モジュール１２の上下で対向して設けられており、モジュール１２を支持している。フレーム１４ａ〜１４ｆは、そのモジュール１２を支持するとともに周囲に隣接するモジュール１２から電気的に絶縁するように設けられている。
【００１５】
フレーム１４ａ〜１４ｆは、モジュール１２を支持するのに十分な強度の絶縁材料であればよい。好ましくは、フレーム１４ａ〜１４ｆは、繊維強化プラスチック（Fiber-Reinforced Plastics、ＦＲＰ）によって形成されている。ＦＲＰは、たとえばガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）等を用いることができる。
【００１６】
引出線１６ａは、アノード電極１３ａからフレーム１４ａに向かって延伸され、フレーム１４ａを貫通してフレーム１４ａの外側に引き出されている。引出線１６ａの一端にはブスバー１８ａ（第１配線部材）が接続されており、ブスバー１８ａは、フレーム１４ａの表面に沿って、たとえば隣接するモジュールのカソード電極に接続されたブスバーと電気的に接続される。
【００１７】
引出線１６ｂは、カソード電極１３ｂからフレーム１４ｂに向かって延伸され、フレーム１４ｂを貫通してフレーム１４ｂの外側に引き出されている。引出線１６ｂの一端にはブスバー１８ｂ（第２配線部材）が接続されており、ブスバー１８ｂは、フレーム１４ｂの表面に沿って、たとえば隣接するモジュールのアノード電極に接続されたブスバーと電気的に接続される。
【００１８】
ブスバー１８ａ，１８ｂは、この例では、引出線１６ａ，１６ｂと直交するように接続されているが、適切な任意の角度、形態で接続される。ブスバー１８ａ，１８ｂは、引出線１６ａ，１６ｂとそれぞれ一体で形成されていてもよい。引出線１６ａ，１６ｂおよびブスバー１８ａ，１８ｂには、大電流が流れるので、長さを短くすることが好ましい。ブスバー１８ａ，１８ｂをフレーム１４ａ，１４ｂの表面に近接して設けることによって、最短の長さでモジュール１２の外部回路との電気的接続をとることが可能になる。
【００１９】
ブスバー１８ａ，１８ｂをフレーム１４ａ，１４ｂに近接して設けるとは、ブスバー１８ａ，１８ｂに流れる電流によって生成された磁界がフレーム１４ａ，１４ｂに交差して電磁気的に相互作用を及ぼし得る程度に接近して配置されていることを示す。ブスバー１８ａ，１８ｂをフレーム１４ａ，１４ｂに近接して設けることには、ブスバー１８ａ，１８ｂの面の少なくとも一部がフレーム１４ａ，１４ｂに接触していることを含む。
【００２０】
ブスバー１８ａ，１８ｂは、ブスバー１８ａ，１８ｂの温度上昇およびフレーム１４ａ，１４ｂの耐熱性に応じて、フレーム１４ａ，１４ｂにそれぞれ近接させて設置することができる。好ましくは、ブスバー１８ａ，１８ｂの裏面をフレーム１４ａ，１４ｂの表面に接触させて固定することによって、配線長さを最短とすることができる。
【００２１】
フレーム１４ａ〜１４ｆは、ＧＦＲＰのような絶縁性の材料によって形成されているため、大電流が流れるブスバー１８ａ，１８ｂに近接あるいは接触して配置しても、ブスバー１８ａ，１８ｂを流れる電流によって、フレーム１４ａ〜１４ｆに渦電流を発生させることがない。
【００２２】
実施形態の電力変換装置の効果について、比較例の電力変換装置と比較しつつ説明する。
図３は、実施形態の電力変換装置を比較例の電力変換装置と比較した模式的な平面図である。
図４は、実施形態の電力変換装置を比較例の電力変換装置と比較した模式的な側面図である。
図３に示すように、実施形態の電力変換装置１０では、電力変換装置１０の長さＬ１は、フレームの長さＡ１にブスバーの厚さ程度を加えた寸法となる。ここで、フレームの長さＡ１は、モジュール１２のアノード電極１３ａおよびカソード電極１３ｂのそれぞれの側でほぼ平行に対向して設けられているフレーム１４ａ，１４ｂ間の距離である。これに対して、比較例の電力変換装置では、電力変換装置のフレームの長さＡ２は、実施形態の電力変換装置１０のフレームの長さＡ１と変わらない。しかし、ブスバーを含めた電力変換装置１１０の長さＬ２は、実施形態の電力変換装置１０の長さＬ１よりも２×Ｘだけ長い。
【００２３】
比較例の電力変換装置１１０では、フレーム１１４ａ，１１４ｂがモジュールのアノード電極１３ａおよびカソード電極１３ｂのそれぞれの側で対向して設けられている。電力変換装置１１０では、フレーム１１４ａ，１１４ｂがＳＡＳ等の金属部材であるため、引出線１１６ａ，１１６ｂおよびブスバー１１８ａ，１１８ｂに流れる電流によって生成される磁界と交差する箇所に渦電流が発生する。この渦電流によって渦電流損が発生する。さらに、フレームに磁性を帯びる金属を用いた場合には、ヒステリシス損も発生する。比較例の電力変換装置１１０では、フレームの発熱を抑制し、電力変換装置の効率低下を避けるために、ブスバー１１８ａ，１１８ｂをフレームから十分に離して配置する必要がある。ブスバー１１８ａ，１１８ｂをフレームから十分に離すために、引出線１１６ａ，１１６ｂをフレーム１１４ａ，１１４ｂの方向に、フレーム１１４ａ，１１４ｂの面から、平面視で距離Ｘそれぞれ延伸させている。距離Ｘは、フレーム１１４ａ，１１４ｂの温度上昇および実装スペースのトレードオフ等にもとづいて、適切な値が設定される。しかしながら、距離Ｘによって、省スペース化が制約される。
【００２４】
図４に示すように、実施形態の電力変換装置１０では、ブスバー１８ａ，１８ｂは、アノード電極およびカソード電極から引き出した箇所から最短距離で所望の方向に配置することができる。モジュール１２は、上下のフレーム１４ｅ，１４ｆに支持され、フレーム１４ｅ，１４ｆを含む高さＨ１は図示のＢ１となる。
【００２５】
一方、比較例の電力変換装置１１０では、フレーム１１４ｅ，１１４ｆがモジュール１２の上下に設けられており、モジュール１２を支持している。電力変換装置１１０では、
フレーム１１４ｅ，１１４ｆがＳＡＳ等の金属によって形成されているため、フレーム１１４ｅ，１１４ｆに発生する渦電流損等を考慮して、高さ方向にも距離Ｙだけフレーム１１４ｅ，１１４ｆから離す必要がある。そのため、電力変換装置の高さＨ２は、フレーム１１４ｅ，１１４ｆを含めた高さＢ２に、上述のＹおよびブスバーの幅を加えた寸法になり、高さ方向についても制約が発生することとなる。
【００２６】
実施形態の電力変換装置１０では、絶縁材料によって形成されたフレーム１４ａ〜１４ｆによってモジュール１２を支持しているので、ブスバー１８ａ，１８ｂによる配線のために、電力変換装置の実装面積を拡大することなく、大容量化をはかることができる。また、実施形態の電力変換装置１０では、同様の理由で高さ方向にブスバー１８ａ，１８ｂの回避寸法を確保する必要がないので、高さ方向の寸法を増大させることなく、高電圧化および大容量化をはかることができる。
【００２７】
また、実施形態の電力変換装置１０では、取り扱う電圧や容量を一定とした場合には、設置スペースをより小さくすることが可能になるとともに、高さ方向の寸法の増大も抑制することができる。
【００２８】
さらに、比較例の電力変換装置１１０では、フレーム１１４ａ〜１１４ｆをＧＦＲＰおよびＳＡＳによって形成しているので、フレームの構成部品数が多くなる。たとえば、電力変換装置の設置現場においても、材質が混合した多数の部品を組み立てる必要が生じるため、設置期間や費用の増大が懸念される。
【００２９】
これに対して、実施形態の電力変換装置１０では、すべてのフレーム１４ａ〜１４ｆをＧＦＲＰ等同一の材質で形成することができるので、フレーム１４ａ〜１４ｆのすべてあるいは一部を一体成型することによって、部品数を低減することができる。そのため電力変換装置の構造が簡素になり、設置現場での設置期間や費用を抑制することが可能になる。
【００３０】
以上説明した実施形態によれば、設置スペースを小さくしつつ、変換器の構造を簡素化した他励式電力変換装置を実現することができる。
【００３１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  電力変換装置、１２  モジュール、１３ａ  アノード電極、１３ｂ  カソード電極、１４ａ〜１４ｆ  フレーム、１６ａ，１６ｂ  引出線、１８ａ，１８ｂ  ブスバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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