(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された半導体スイッチの両端にコンデンサを接続し、前記直列接続された半導体スイッチの接続点を出力端子の一方に接続する変換回路と、前記半導体スイッチのドライバと、半導体スイッチの制御回路とを備える電力変換器ユニットにおいて、
前記変換回路と前記出力端子の間に流れる電流により発生する磁束を利用して電力を得る磁束電力変換器の出力を前記ドライバおよび制御回路の電源として利用する電力変換器ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換器ユニットにおいて、
前記出力端子は板状金属のブスバで形成され、前記磁束電力変換器はブスバに近接して設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換器ユニット。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力変換器ユニットにおいて、
前記出力端子は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する２つの板状金属のブスバで形成され、２つのブスバが対抗配置されると共に、前記磁束電力変換器は対抗配置されたブスバ間に設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換器ユニット。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の電力変換器ユニットにおいて、
前記出力端子は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する２つの板状金属のブスバで形成され、２つのブスバにより円筒状の空間を形成するように対抗配置されると共に、前記磁束電力変換器は２つのブスバで形成された円筒状の空間内に設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換器ユニット。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の電力変換器ユニットにおいて、
前記出力端子は板状金属のブスバで形成され、前記磁束電力変換器は前記ブスバを取り巻くように設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換器ユニット。
【請求項６】
直列接続された半導体スイッチの両端にコンデンサを接続し、前記直列接続された半導体スイッチの接続点を出力端子の一方に接続する変換回路と、前記半導体スイッチのドライバと、半導体スイッチの制御回路とを備える電力変換器ユニットが複数直列接続されて構成された電力変換装置において、
隣接する前記電力変換器ユニットの出力端子間が導体で接続され、
前記各電力変換器ユニットは、前記変換回路と前記導体の間に流れる電流により発生する磁束を利用して電力を得る磁束電力変換器の出力を前記ドライバおよび制御回路の電源として利用していることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換装置において、
前記導体は板状金属のブスバで形成され、前記磁束電力変換器はブスバに近接して設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の電力変換装置において、
前記導体は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する２つの板状金属のブスバで形成され、２つのブスバが対抗配置されると共に、前記磁束電力変換器は対抗配置されたブスバ間に設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項６または請求項７に記載の電力変換装置において、
前記導体は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する２つの板状金属のブスバで形成され、２つのブスバにより円筒状の空間を形成するように対抗配置されると共に、前記磁束電力変換器は２つのブスバで形成された円筒状の空間内に設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項６または請求項７に記載の電力変換装置において、
前記導体は板状金属のブスバで形成され、前記磁束電力変換器は前記ブスバを取り巻くように設置されたコイルとされることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換器ユニット及びこれを用いた電力変換装置に係り、特に電源回路を含む電力変換器ユニット及びこれを用いた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流と交流の間で電力変換を行う大容量の電力変換装置を構成する場合に、複数の電力変換器ユニットを直列に接続して使用することがある。このために使用される電力変換器ユニットは例えば図２のように構成されている。
【０００３】
図２において個々の電力変換器ユニット１は、直列接続されたＩＧＢＴなどの半導体スイッチ６Ｈ、６Ｌとセルコンデンサ７で構成された変換回路と、半導体スイッチのドライバ２と、制御回路５と、電源回路１０を含んで構成されている。
【０００４】
電力変換器ユニット１は単位セルユニットであり、単位セル出力端子１Ｐ、１Ｎが図示せぬ他の電力変換器ユニット１の単位セル出力端子と直列に複数組接続されて大容量の電力変換装置を構成する。
【０００５】
直列接続された半導体スイッチ６Ｈ、６Ｌの両端にはセルコンデンサ７が接続され、コンデンサの一方端が出力端子１Ｎに、半導体スイッチ６Ｈ、６Ｌの接続点が出力端子１Ｐに接続されて変換回路を構成している。
【０００６】
半導体スイッチのドライバ２は、半導体スイッチ６Ｈ、６Ｌのドライバ回路４Ｈ、４Ｌと、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を備え、制御回路５からの制御信号に応じて半導体スイッチ６Ｈ、６Ｌの点弧制御を行っている。これらのドライバ２および制御回路５は、電源回路１０からの電力供給を受けて作動している。
【０００７】
電源回路１０としては、種々の回路構成を採用することができるが、例えば特許文献１、特許文献２に記載の従来技術においては、セルコンデンサ７の端子電圧を平滑して直流電源としている。
【０００８】
具体的には、セルコンデンサ７にブリーダー抵抗１１とツェナーダイオード１２と直列接続し、ツェナーダイオード１２に並列に設けた平滑コンデンサ１３の端子電圧により初段のＤＣＤＣコンバーター１４を動作させていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−０３５３６９号公報
【特許文献２】特開２００６−０７４９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
電力変換器ユニット１では、一般に高電圧を取り扱う。このため、係る回路構成を採用する場合には、セルコンデンサ７のＤＣ電圧は高電圧である。この結果、ブリーダー抵抗１１とツェナーダイオード１２による直列回路の電力ロスが大きく、電力効率および占有面積において不利であった。
【００１１】
以上のことから本発明においては、小型で高効率な電源装置をとできる電力変換器ユニット及びこれを用いた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】
【００１２】
以上のことから本発明においては、半導体スイッチとコンデンサで構成された変換回路と、半導体スイッチのドライバと、半導体スイッチの制御回路とを備え、変換回路は出力端子に接続されている電力変換器ユニットにおいて、
変換回路と出力端子の間に流れる電流により発生する磁束を利用して電力を得る磁束電力変換器の出力をドライバおよび制御回路の電源として利用する。
【００１３】
また出力端子は板状金属のブスバで形成され、磁束電力変換器はブスバに近接して設置されたコイルとされることを特徴とする。
【００１４】
また出力端子は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する２つの板状金属のブスバで形成され、２つのブスバが対抗配置されると共に、磁束電力変換器は対抗配置されたブスバ間に設置されたコイルとされることを特徴とする。
【００１５】
また出力端子は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する２つの板状金属のブスバで形成され、２つのブスバにより円筒状の空間を形成するように対抗配置されると共に、磁束電力変換器は２つのブスバで形成された円筒状の空間内に設置されたコイルとされることを特徴とする。
【００１６】
また出力端子は板状金属のブスバで形成され、磁束電力変換器はブスバを取り巻くように設置されたコイルとされることを特徴とする。
【００１７】
以上のことから本発明においては、半導体スイッチとコンデンサで構成された変換回路と、半導体スイッチのドライバと、半導体スイッチの制御回路とを備え、変換回路は出力端子に接続されている電力変換器ユニットが複数直列接続されて構成された電力変換装置において、
隣接する電力変換器ユニットの出力端子間が導体で接続され、
各電力変換器ユニットは、変換回路と前記導体の間に流れる電流により発生する磁束を利用して電力を得る磁束電力変換器の出力をドライバおよび制御回路の電源として利用していることを特徴とする。
【００１８】
また導体は板状金属のブスバで形成され、磁束電力変換器はブスバに近接して設置されたコイルとされることを特徴とする。
【００１９】
また導体は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する２つの板状金属のブスバで形成され、２つのブスバが対抗配置されると共に、磁束電力変換器は対抗配置されたブスバ間に設置されたコイルとされることを特徴とする。
【００２０】
また導体は、電力変換器ユニットに電力が流入し、流出する２つの板状金属のブスバで形成され、２つのブスバにより円筒状の空間を形成するように対抗配置されると共に、磁束電力変換器は２つのブスバで形成された円筒状の空間内に設置されたコイルとされることを特徴とする。
【００２１】
また導体は板状金属のブスバで形成され、磁束電力変換器は前記ブスバを取り巻くように設置されたコイルとされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば単位セルまたはカスケード接続した電力変換装置において、電源の配置の自由度が向上することにより、単位セルまたはカスケード接続した変換装置の小型化が可能となる。また、出力電圧の設定を自由に設定することで電力ロスの低減が図られ高効率で安価な電源が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の電力変換器ユニットの全体構成を示す図。
【図２】従来の電力変換器ユニットの全体構成を示す図。
【図３】実施例１の電力変換器ユニットの全体構成を示す図。
【図４】実施例２の電力変換器ユニットの全体構成を示す図。
【図５】実施例３の電力変換器ユニットの全体構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例を、図を用いて説明する。
【実施例１】
【００２５】
カスケード接続された電力変換装置は、単位セルユニット（電力変換器ユニット）の複合体であるため、以下の説明においては、単位セルユニット１の例で説明する。図１に本発明の単位セルユニット１の全体構成を示す。
【００２６】
単位セルユニット１は、メインスイッチであるハイサイドＩＧＢＴ４ＨおよびローサイドＩＧＢＴ４Ｌ、整流コンデンサ７とＩＧＢＴ駆動用コントロール回路５、ＩＧＢＴのドライバ回路２、および電源回路８で構成される。この基本構成は、電源回路が１０から８に変更された点で相違する。
【００２７】
本発明では、ＩＧＢＴ駆動用コントロール回路５、ＩＧＢＴのドライバ回路２を動作させるための電源回路８が、単位セルユニット１から発生する磁束を利用して電源を得ていることに特徴がある。ここではセルユニット１の単位セル出力端子１Ｐ、１Ｎには交流の大電流が流れていることから大電流から発生する磁束を利用して電源としている。
【００２８】
具体的には、磁束を有効に利用するために、単位セル出力端子１Ｐ、１Ｎを銅板などの金属板（ブスバ）２０で構成している。また電源回路８内には、磁束を電力に変換する磁束電力変換器９を備える。
【００２９】
この金属板（ブスバ）２０から発生する磁束を電源装置８内の磁束電力変換器９にて電圧に変換し、ＩＧＢＴ駆動用コントロール回路５、ＩＧＢＴのドライバ回路２を動作させる電源として使用している。磁束電力変換器９は、例えばブスバ２０に近接して設けられたコイルである。
【００３０】
図３は、本発明にかかる電力変換器ユニットの構成例を示している。図の例では、単位セルユニット１の出力端子１Ｐ、１Ｎがブスバ２０で構成されている。また、隣接する単位セルユニット１の出力端子との間の導体についても端子１Ｐ、１Ｎ同様にブスバ２０構成とすることができる。なお本発明の場合に、出力端子は電力変換器ユニットの出口部分というにとどまらず、広い概念では隣接する単位セルユニットまでの金属導体部分を表している。
【００３１】
図３の単位セルユニット１の内部には、図１のＩＧＢＴ４、整流コンデンサ７、ＩＧＢＴ駆動用コントロール回路５、ＩＧＢＴのドライバ回路２、および電源回路８の一部が収納されている。電源回路８のうち、磁束電力変換器９の部分が単位セルユニット１の外部に図示されているが、磁束電力変換器９自体を単位セルユニット１の内部に収納することも可能である。
【００３２】
磁束電力変換器９は、例えばコイルである。高さ方向に積層巻回されたコイルが立方体状の収納体２１内に収納され、収納体２１は対抗配置された単位セルユニット１の出力端子１Ｐ、１Ｎ間に嵌装されている。
【００３３】
電力の入り側と出側の往復の２つの金属板（ブスバ）２０は、単位セルユニット１から平行して取り出される。このブスバ２０間の空間または隙間に電源装置８の磁束電力変換器９を置くことで、空間または隙間を有効利用することが出来、単位セルユニットの小型化が可能である。
【００３４】
また、往復の２つの金属板（ブスバ）２０間に磁束電力変換器９を置くことで、片側のブスバ２０の場合にくらべ約２倍の磁束を得られるため、電源効率が向上する。
【００３５】
なお、図３において矢印を付して示したＩ、φは電流と磁束の方向を示している。
【実施例２】
【００３６】
図４では、直線状に対抗配置したブスバ２０間の空間または隙間に磁束電力変換器９を配置した。これに対し、図５の実施例２では、２つのブスバ２０により円筒状の空間を形成し、個々に円筒状の収納体２２を配置した。円筒状の収納体２２の内部又は外部にはコイルが巻かれている。
【００３７】
円筒状の空間を形成するようにブスバ２０の一部を加工することで、ブスバ２０から発生する磁束をその中心にむかって集中させる。これにより電源装置２０の更なる効率向上を図ることが出来る。
【実施例３】
【００３８】
図３、図４の実施例は、ブスバ２０の直線状対抗配置部分が十分に確保できる場合には有効であるが、この間の距離を稼げない事例では図６の構成を採用することが有効である。
【００３９】
ここでは、隣接する単位セルユニット１の出力端子間の導体部分２０Ｈに磁束電力変換器９を配置した。ブスバ２０Ｈをとりまくように磁束電力変換器９を設置することで電源の供給が可能である。
【００４０】
なお、本発明で磁束電力変換器９として使用されるコイルは、その巻き始め点と、巻き終わり点の間から、電力が取り出され、電源回路８内の整流回路などを介してドライバ２や制御回路５に電力を供給する。
【符号の説明】
【００４１】
１：単位セルユニット
１Ｐ、１Ｎ：単位セル出力端子
２：ＩＧＢＴドライバ部
３：ＤＣＤＣコンバーター
４Ｈ、４Ｌ：ゲートドライバ回路
５：セルコントロール回路
６Ｈ、６Ｌ：ＩＧＢＴ
７：セルコンデンサ
８、１０：電源装置
９：磁束電力変換器
１１：ブリーダー抵抗
１２：ツェナーダイオード
１３：平滑コンデンサ
１４：ＤＣＤＣコンバーター
２０：単位セル出力端子用金属板（ブスバ）
【図１】
0005726117.tif 000002
【図２】
0005726117.tif 000003
【図３】
0005726117.tif 000004
【図４】
0005726117.tif 000005
【図５】
0005726117.tif 000006