(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、
第１のスイッチング素子を複数個並列接続して構成される上アームのスイッチングモジュールと、
第２のスイッチング素子を複数個並列接続して構成される下アームのスイッチングモジュールと、
前記上アームのスイッチングモジュールの複数のコレクタ端子と前記平滑コンデンサの複数の正側端子に接続される正側ブスバーと、
前記上アームのスイッチングモジュールの複数のエミッタ端子と前記下アームのスイッチングモジュールの複数のコレクタ端子に接続される交流ブスバーと、
前記下アームのスイッチングモジュールの複数のエミッタ端子と前記平滑コンデンサの負側端子に接続される負側ブスバーと、で１相分の電力変換回路を構成する電力変換装置であって、
前記正側ブスバーと前記負側ブスバーの少なくともいずれかは、前記上アームもしくは下アームスイッチングモジュールに接続される端子と前記平滑コンデンサに接続される端子を結ぶ直線を横切る領域にスリット部を有し、
前記正側ブスバーにおける前記平滑コンデンサの正側端子と接続される複数端子の位置および前記負側ブスバーにおける前記平滑コンデンサの負側端子と接続される複数端子の位置は、それぞれ対称性を有する位置に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置であって、
前記スリット部は、前記正側ブスバーと前記負側ブスバーのうち、スイッチングモジュールと接続する端子から前記平滑コンデンサと接続する端子までの距離が短い方のブスバーに設けられることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置であって、
前記平滑コンデンサの複数端子は、２端子となっていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電力変換装置であって、
前記上アーム及び下アームのスイッチングモジュールの複数端子は２端子または３端子となっており、前記上アーム及び下アームのスイッチングモジュールは２並列に配置されて電力変換回路の１相分の上下アームを構成することを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記スリット部は、前記正側又は負側ブスバー上において対称性を有する外側寄りの位置に形成されており、
前記スリット部を有する前記正側又は負側ブスバーにおける前記平滑コンデンサに接続される複数の端子は、前記正側又は負側ブスバーの外側寄りの位置に配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項４に記載の電力変換装置であって、
前記スリット部は、前記正側又は負側ブスバー上において対称性を有する内側寄りの位置に形成されており、
前記スリット部を有する前記正側又は負側ブスバーにおける平滑コンデンサに接続される端子がブスバーの内側寄りに配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項３に記載の電力変換装置であって、
前記上アーム及び下アームのスイッチングモジュールの複数端子は２端子または３端子となっており、前記上アーム及び下アームのスイッチングモジュールは１並列に配置されて電力変換回路の１相分の上下アームを構成することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置であって、
前記スリット部は、前記正側又は負側ブスバー上において対称性を有する外側寄りの位置に形成されており、
前記スリット部を有する前記正側又は負側ブスバーにおける前記平滑コンデンサに接続される複数の端子は、前記正側又は負側ブスバーの外側寄りの位置に配置されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項７に記載の電力変換装置であって、
前記スリット部は、前記前記正側又は負側ブスバー上において対称性を有する内側寄りの位置に形成されており、
前記スリット部を有する前記正側又は負側ブスバーにおける平滑コンデンサに接続される端子がブスバーの内側寄りに配置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、スイッチングモジュール、平滑コンデンサおよびブスバーを搭載する電力変換装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチングモジュールを用いた電力変換装置において、特に高電圧の電源を用いる場合には、スイッチング時のサージ電圧が問題となることがある。このサージ電圧を抑制するためには主回路のインダクタンスを低減すればよく、並列接続された複数のスイッチングモジュールと複数の平滑コンデンサを用いること、近接して配置される平板状のブスバーを用いることなどが有効となる。特許文献１にはこのような構造が開示されている。
【０００３】
特許文献１のように並列接続された複数のスイッチングモジュールと複数の平滑コンデンサを用いた電力変換装置の主回路においては、スイッチングモジュールの複数端子の間で生じる電流アンバランスが問題となる。スイッチングモジュールおよび平滑コンデンサの端子電流が一部分について大きくなると、集中発熱が生じてはんだ等の劣化を想定よりも進行させる懸念があるためである。
【０００４】
電流アンバランスに影響を及ぼす要因は、スイッチングモジュール、平滑コンデンサおよびブスバーに内在するインダクタンスのばらつきがあり、主にブスバーによる配線インダクタンスが大きな要因となっている。特許文献２には、コンデンサからスイッチングモジュールの複数端子に流れる電流経路の長さを揃えるためにブスバーに切り欠きを設けることが記載されている。また、特許文献３には、スイッチングモジュールと平滑コンデンサの並列数を同じ数とすることで各コンデンサからスイッチングモジュールの複数端子に流れる電流経路の長さを揃えることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１０５３８２
【特許文献２】特開２０００−６０１２６
【特許文献３】特開２０１２−１１００９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２の図７に記載された通り、特許文献２のブスバー構造により、並列接続されたスイッチング素子間の電流アンバランスは、スリット無し構造よりも低減できているが、電流経路の長さにはばらつきがあり、電流ばらつきの低減効果は十分ではない。また、特許文献２では、単一のコンデンサと並列接続した複数のスイッチング素子を接続するブスバーにおける電流経路は検討されているが、複数のコンデンサと複数のスイッチング素子を接続する構造において、各コンデンサの端子間の電流の偏りと各スイッチング素子の端子間の電流の偏りを抑えることは検討されていない。
【０００７】
特許文献３の図１や図８には、スイッチングモジュールとコンデンサをそれぞれ同じ数だけ搭載し、スイッチングモジュールとコンデンサ間の各電流経路の長さを同じとすることが出来る構造が開示されているが、電力変換装置に求められる性能に応じて、スイッチングモジュールの並列数を減少させようとした場合には、スイッチングモジュールとコンデンサ間の各電流経路の長さにばらつきが生じるため、各コンデンサの端子間には電流の偏りが生じ、各スイッチング素子の端子間にも電流の偏りが生じる。
【０００８】
この点に鑑みて、スイッチングモジュールの複数端子間及びコンデンサの複数端子間におけるブスバーのインダクタンスばらつきを解消し、スイッチングモジュールおよび平滑コンデンサの複数端子を流れる電流の分担を均等化することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、第１のスイッチング素子を複数個並列接続して構成される上アームのスイッチングモジュールと、第２のスイッチング素子を複数個並列接続して構成される下アームのスイッチングモジュールと、前記上アームのスイッチングモジュールの複数のコレクタ端子と前記平滑コンデンサの複数の正側端子に接続される正側ブスバーと、前記上アームのスイッチングモジュールの複数のエミッタ端子と前記下アームのスイッチングモジュールの複数のコレクタ端子に接続される交流ブスバーと、前記下アームのスイッチングモジュールの複数のエミッタ端子と前記平滑コンデンサの負側端子に接続される負側ブスバーと、で１相分の電力変換回路を構成する電力変換装置であって、前記正側ブスバーと前記負側ブスバーの少なくともいずれかは、前記上アームもしくは下アームスイッチングモジュールに接続される端子と前記平滑コンデンサに接続される端子を結ぶ直線を横切る領域にスリット部を有し、前記正側ブスバーにおける前記平滑コンデンサの正側端子と接続される複数端子の位置および前記負側ブスバーにおける前記平滑コンデンサの負側端子と接続される複数端子の位置は、それぞれ左右対称に配置されていることを特徴とする電力変換装置を用いることが解決手段である。
【発明の効果】
【００１０】
スイッチングモジュール端子間におけるブスバーのインダクタンスばらつきが解消し、スイッチングモジュールおよび平滑コンデンサの複数端子を流れる電流の分担が均等化する。この結果、電力変換装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置の全体構成を示す。
【図２】本発明の実施例１〜４に係る電力変換装置の電気回路を示す。
【図３】本発明の実施例１〜４に係るスイッチングモジュールの内部構成を示す。
【図４】本発明の実施例１〜４に係る電力変換装置について、側面から見た全体構成を示す。
【図５】本発明の実施例１に係るＰブスバーの電流経路を示す。
【図６】スリットが無いＰブスバーの電流経路を示す。
【図７】平滑コンデンサに接続される端子の配列が左右非対称であるＰブスバーの電流経路を示す。
【図８】スリットが無く、平滑コンデンサに接続される端子の配列が左右非対称であるＰブスバーの電流経路を示す。
【図９】本発明の実施例１、２に係るＭブスバーの電流経路を示す。
【図１０】本発明の実施例１、３に係るＭブスバーの他の電流経路を示す。
【図１１】本発明の実施例１に係るＮブスバーの電流経路を示す。
【図１２】本発明の実施例１に係るＮブスバーについて、実質的な電流経路を示す。
【図１３】本発明の実施例１に係る電力変換装置について、２端子スイッチングモジュールを用いた場合の全体構成を示す。
【図１４】本発明の実施例２に係る電力変換装置の全体構成を示す。
【図１５】本発明の実施例２に係るＰブスバーについて、電流経路を示す。
【図１６】本発明の実施例２に係るＰブスバーについて、スリットが無い場合の電流分担および電流経路を示す。
【図１７】本発明の実施例２に係るＮブスバーについて、電流経路を示す。
【図１８】本発明の実施例２に係るＮブスバーについて、実質的な電流経路を示す。
【図１９】本発明の実施例３に係る電力変換装置の全体構成を示す。
【図２０】本発明の実施例３に係るＰブスバーについて、電流経路を示す。
【図２１】本発明の実施例３に係るＰブスバーについて、実質的な電流経路を示す。
【図２２】本発明の実施例３、４に係るＭブスバーについて、電流経路を示す。
【図２３】本発明の実施例３に係るＮブスバーについて、電流経路を示す。
【図２４】本発明の実施例３に係るＮブスバーについて、実質的な電流経路を示す。
【図２５】本発明の実施例３に係る電力変換装置について、スイッチングモジュール１３、１４に着目した場合の全体構成を示す。
【図２６】本発明の実施例４に係る電力変換装置の全体構成を示す。
【図２７】本発明の実施例４に係るＰブスバーについて、電流経路を示す。
【図２８】本発明の実施例４に係るＰブスバーについて、実質的な電流経路を示す。
【図２９】本発明の実施例４に係るＮブスバーについて、電流経路を示す。
【図３０】本発明の実施例４に係るＮブスバーについて、実質的な電流経路を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
下記に図面を用いて、本発明の複数の実施例についてそれぞれ説明する。
【実施例１】
【００１３】
本発明が対象とする電力変換装置は１相分の構成として、図１に示す通りスイッチングモジュール１１〜１４、平滑コンデンサ２、Ｐブスバー（正側ブスバー）３、Ｍブスバー（交流ブスバー）４およびＮブスバー（負側ブスバー）５で構成される。電力変換装置の１相分の電気回路は図２に示す通りであり、入力端子３０１、５０１に直流電圧を印加されて、出力端子４０１に所定の電圧を出力する構成となっている。例えば、電力変換装置として３相交流電圧を出力するインバータ回路を構成する場合は、図１に示す１相分の構成を３つ組み合わせることで実現される。また、電力変換装置として単相交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路を構成する場合は、図１に示す１相分の構成を２個組み合わせることで実現される。
【００１４】
図２は、図１に示した１相分の機器で構成される回路を示している。図２に示す回路において、上アームスイッチング素子１ａと下アームスイッチング素子１ｂは所定の指令信号に呼応して開閉動作を行い、上アームスイッチング素子１ａと下アームスイッチング素子１ｂが交互にＯＮ状態となることで、直流電圧の高圧側電圧と低圧側電圧が出力端子に交互に出力される。上下アームのスイッチング素子が開閉する瞬時においては、電流経路８００で示す経路を電流が流れることとなる。本発明は、この電流経路８００に流れる電流の均等化に関するものである。
【００１５】
本実施例では、回路の上アームはスイッチングモジュール１１、１３で構成され、回路の下アームはスイッチングモジュール１２、１４で構成される。スイッチングモジュール１１〜１４の並列端子数については、電流容量や内部インダクタンスといった要因から決められる。並列端子数が多くなるほど、電流の大容量化およびインダクタンスの低減を図ることができる。本実施例では図３に示す通り、スイッチングモジュール１１〜１４は３つのスイッチング素子１を内部に有しており、これらは並列配置されてコレクタ端子１０１およびエミッタ端子１０２に接続されるものとする。上アームに関しては、スイッチングモジュール１１、１３が並列に接続されることから、スイッチング素子１が合計６つ並列に接続されることとなる。下アームについても同様に、スイッチング素子１が合計６つ並列に接続される。この並列接続されるスイッチング素子１の電流分担が均等であるほど、発熱集中によるはんだ等の劣化を防止でき、電力変換装置の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
平滑コンデンサ２は入力端子３０１、５０１に印加される直流電圧を平滑化する役割を担う。並列端子数については、電流容量や内部インダクタンスといった要因から決められる。並列端子数が多くなるほど、電流の大容量化およびインダクタンスの低減を図ることができる。本実施例では、外側寄りに配置されるＰ極端子２０１、２０４および内側寄りに配置されるＮ極端子２０２、２０３を有する２並列の平滑コンデンサを用いる例示す。平滑コンデンサが複数並列接続された内部コンデンサで構成されているため、スイッチングモジュールと同様に、平滑コンデンサ内でも電流分担の均等化が図れる。
【００１７】
Ｐブスバー３、Ｍブスバー４およびＮブスバー５はスイッチングモジュール１１〜１４および平滑コンデンサ２に接続されて、電流経路８００を形成する。Ｐブスバー３は、平滑コンデンサ２のＰ極端子２０１、２０４との接続される端子３１１、３１２と、上アームを構成するスイッチングモジュール１１，１３のコレクタ端子１０１との接続される端子３２１、３２２を備える。Ｍブスバー４は、上アームを構成するスイッチングモジュール１１，１３のエミッタ端子１０２との接続端子と、下アームを構成するスイッチングモジュール１２，１４のコレクタ端子１０１との接続端子を備える。また、Ｎブスバー５は、平滑コンデンサ２のＮ極端子２０２、２０３との接続端子と、下アームを構成するスイッチングモジュール１２，１４のエミッタ端子１０２との接続端子を備える。図４にはスイッチングモジュール１１〜１４、平滑コンデンサ２、Ｐブスバー３、Ｍブスバー４およびＮブスバー５をそれぞれ接続した際の側面から見た全体構成を示す。これらＰブスバー３、Ｍブスバー４およびＮブスバー５は幅広な導体であり、図４に示す通り互いに近接配置されることで通流に伴う磁束を打ち消し合い、回路の低インダクタンス化に寄与する。Ｐブスバー３、Ｍブスバー４およびＮブスバー５の形状は電流経路８００において、スイッチングモジュール１１〜１４および平滑コンデンサ２を流れる電流の分担に大きく影響を与える。ブスバー電流は経路長が長いほど流れにくく、経路長が短いほど流れやすくなることから、電流分担を均等とするためには経路長が均等となるようなブスバー形状とすることが望ましい。
【００１８】
図５にＰブスバーの電流経路を示す。図５に示すＰブスバー３は、平滑コンデンサ２のＰ極端子２０１、２０４に接続される端子３１１、３１２をＰブスバーの一方側に有し、上アームを構成するスイッチングモジュール１１、１３のコレクタ端子１０１に接続される端子３２１、３２２をＰブスバーの他方側に有している。端子３１１と端子３１２は、Ｐブスバー上の一方側の左右対称の位置に配置され、本実施例ではＰブスバーの外側寄りに配置される。またＰブスバー３には、スリット３１、３２が設けられが設けられる。スリット３１は、端子３１１と複数の端子３２１を結ぶ直線のうち距離が最短となる直線（端子３１１と最外側の端子３２１を結ぶ直線）を横切る位置に設けられる。スリット３２も同様に、端子３１２と複数の端子３２２を結ぶ直線のうち、距離が最短となる直線（端子３１２と最外側の端子３２２を結ぶ直線）を横切る位置にスリット３２が設けられる。本実施例ではスリット３１，３２はＰブスバーの外側寄りに配置される。Ｐブスバー３においては、各端子間を流れるブスバー電流の経路はそれぞれ経路８１１〜８１６となる。図５に示すスリット有りのＰブスバー３においては、経路８１１〜８１６の長さがおおよそ均等であることから、平滑コンデンサ２内を流れる各コンデンサ電流９０１、９０２の大きさをおおよそ均等とすることができ、更にスイッチングモジュール１１，１３内の各スイッチング素子１に流れる各スイッチングモジュール電流９１１〜９１６の大きさをおおよそ均等とすることができる。本実施例では、スリットは空間で構成する例を示すが、電気絶縁性の高い材料でスリット部を構成することもできる。
【００１９】
スリット３１、３２の利点は、図６に示すスリットが無いＰブスバー３ｂとの対比にて示される。Ｐブスバー３ｂにおいては、ブスバー電流の経路は図６に示す８１１〜８１６となる。経路８１１〜８１３については８１１、８１２、８１３の順に、経路８１４〜８１６については８１６、８１５、８１４の順に経路長が少しずつ長くなっており、ブスバー電流の経路長が端子間で不均等となる。したがってスイッチングモジュール電流９１１〜９１６は端子間で不均等となり、スイッチングモジュール電流９１１〜９１３については９１３、９１２、９１１の順に、スイッチングモジュール電流９１４〜９１６については９１４、９１５、９１６の順に少しずつ大きくなる電流分担となる。
【００２０】
一方、図５に示すＰブスバー３においては、ブスバー電流の経路８１１〜８１６がスリット３１、３２を迂回することから経路長がほぼ均等となり、スイッチングモジュールに流れる電流９１１〜９１６をほぼ均等とすることができる。
【００２１】
スリット幅は数ミリメートル程度とすればよい。スリット長が長いほど、またスリット位置が端子３２１、３２２に近いほど、スイッチングモジュール電流９１１、９１６が増大する。したがって、対象とするＰブスバーの寸法に応じて最適なスリット長とスリット位置を決めればよい。
【００２２】
平滑コンデンサ２に接続されるＰブスバーの端子３１１、３１２がＰブスバー上の左右対称の位置に配置される利点は、これらの端子の配置が左右非対称である図７に示すＰブスバー３ｃとの対比にて示される。図７に示す通り、Ｐブスバー３ｃにおいては、各端子間を流れるブスバー電流の経路はそれぞれ経路８１１〜８１９となる。
【００２３】
コンデンサ電流９０１、９０２に着目した場合、端子３１１に流れるコンデンサ電流９０１は経路８１１〜８１３を経て端子３２１のみに流入するのに対し、端子３１２に流れるコンデンサ電流９０２は経路８１４〜８１９を経て端子３２１及び端子３２２に流入することからコンデンサ電流９０２の分担が大きくなり、コンデンサ電流９０１、９０２は不均等となる。端子３１１はＰブスバーの外側に配置されるため、距離の近い端子３２１のみにコンデンサ電流９０１が流入するのに対し、端子３１２はＰブスバーの中央側に配置されるため、端子３１２から各端子３２１，３２２までの距離が比較的短くなり、各端子３２１，３２２にコンデンサ電流９０２が流入するため、上記したコンデンサ電流の偏りが生じる。
【００２４】
また、スイッチングモジュール電流９１１〜９１６に着目した場合、スイッチングモジュール電流９１４〜９１６は、経路８１４〜８１６を経てコンデンサ電流９０２の一部電流のみが流入するのに対し、スイッチングモジュール電流９１１〜９１３は、経路８１１〜８１３、及び経路８１７〜８１９を経てコンデンサ電流９０１の全電流及び９０２の一部電流が流入することからスイッチングモジュール電流９１１〜９１３の総和は、スイッチングモジュール電流９１４〜９１６の総和よりも大きくなり、スイッチングモジュール電流９１１〜９１６は不均等となる。
【００２５】
また、Ｐブスバー３ｃからスリット３１、３２を取り除いたＰブスバー３ｄを図８に示す。Ｐブスバー３ｄにおいては、ブスバー電流の経路は８１１〜８１９となる。図８に示すとおり、Ｐブスバー３ｄにおいてもコンデンサ電流９０１、９０２とスイッチングモジュール電流９１１〜９１６の分担は不均等となる。
【００２６】
一方、図５に示すＰブスバー３においては、端子３１１及び端子３１２がＰブスバー上の外側にそれぞれ配置されているため、ブスバー電流の経路８１７〜８１９が存在せず、またブスバー電流の経路８１１〜８１６の長さがほぼ均等であることから、コンデンサ電流９０１、９０２間のばらつき、及びスイッチングモジュール電流９１１〜９１６間のばらつきを減少させることができる。
【００２７】
図９に示すＭブスバー４は上アームを構成するスイッチングモジュール１１、１３のエミッタ端子１０２に接続される端子４１１、４１２と、下アームを構成するスイッチングモジュール１２、１４のコレクタ端子１０１に接続される端子４２１、４２２を有している。Ｍブスバー５においては、端子４１１、４１２と端子４２１、４２２の間を流れるブスバー電流の経路はそれぞれ経路８２１〜８２６で表され、各経路の長さはほぼ均等となる。
【００２８】
図１０にＭブスバーの各端子の隣接する端子への横流経路を示す。図１０において、端子４１１から端子４２１への経路８２７ａ、８２８ａを考えた場合に、これらの経路８２７ａ、８２８ａは経路長が等しいことから左右方向に隣り合う端子間の電流のやり取りは正味ゼロとなる。これは、端子４１１と端子４２１の間において左右方向への横流が生じないことを示している。端子４１２と端子４２２、端子４１１と端子４２２、端子４１２と端子４２１の間についても、経路８２７ｂと８２８ｂ、経路８２７ｃと８２８ｃの長さがそれぞれ等しいことから、同様に左右方向への横流が生じないことが示される。左右方向に隣り合う端子の間にいかなる横流も生じないので、端子４１１と端子４２１の間および端子４１２と４２２の間の経路は図９に示す経路８２１〜８２６のみと見なすことができる。
【００２９】
以上より、端子４１１，４１２に流入するスイッチングモジュール電流９２１〜９２６、及び端子４２１、４２２に流入するスイッチングモジュール電流９３１〜９３６の大きさをほぼ均等とすることができる。
【００３０】
次に、図１１にＮブスバーの電流経路を示す。図１１に示すＮブスバー５は平滑コンデンサ２のＮ極端子２０２、２０３に接続される端子５１１、５１２と、下アームを構成するスイッチングモジュール１２、１４のエミッタ端子１０２に接続される端子５２１、５２２を有している。端子５１１、５１２はＮブスバー上の左右対称となる位置に配置され、本実施例ではＮブスバーの内側寄りに配置している。
【００３１】
Ｎブスバー５の電流経路８３１〜８３６の一部分は、図４に示すように近接配置されるＰブスバー３とＭブスバー４の電流経路８１１〜８１６、８２１〜８２６に沿っている。電流経路が沿う区間においては、ブスバー電流が形成する磁界が互いに打ち消し合い、当該電流経路のインダクタンスがほぼゼロとなる。電流はインダクタンスが小さい経路を流れる性質を有している。そのため、Ｎブスバー５の電流経路８３１〜８３６は、端子５１１、５１２と端子５２１，５２２間に単純な直線状には構成されず、図１１に示すように、Ｐブスバー３とＭブスバー４の電流経路８１１〜８１６、８２１〜８２６に沿う経路となる。
【００３２】
図１２に電流経路８３１〜８３６においてインダクタンスに寄与する実質的な経路を示す。当該実施的な経路は、インダクタンスがほぼゼロとなる区間を差し引くことで与えられる。図１２に示す通り、実質的な経路８３１ａ〜８３６ａにおいては経路長がほぼ均等となることから、コンデンサ電流９４１、９４２の大きさのばらつき、およびスイッチングモジュール電流９５１〜９５６の大きさのばらつきを減少させることができる。
【００３３】
以上述べた通り、本実施例で示したＰブスバー３、Ｍブスバー４およびＮブスバー５を用いることで、６個のスイッチング素子が並列接続された構成においても、スイッチングモジュール１１〜１４内の各スイッチング素子を流れる電流、および平滑コンデンサ２内の各内部コンデンサを流れる電流のばらつきを減少させることができ、電力変換装置の信頼性を向上さえることができる。
【００３４】
本実施例では図４に示す通り、Ｐブスバー３とＭブスバー４が略同一平面に配置されている例を説明したが、各ブスバーが互いに近接配置されていれば良く、必ずしも同一平面に配置されていなくともよい。また、スイッチングモジュール１１，１２，１３，１４に近いほうからＰブスバー、Ｎブスバーの順に配置しているが、逆に、スイッチングモジュール１１，１２，１３，１４に近いほうからＮブスバー、Ｐブスバーの順に配置してもよい。
【００３５】
また、図１におけるスイッチングモジュール１１〜１４の向きを上下逆向きとして、端子１０１、１０２を入れ替えることにより、Ｐブスバー３をＮブスバーとして用い、Ｎブスバー５をＰブスバーとして用いた場合にも、スイッチングモジュール１１〜１４内の各スイッチング素子を流れる電流、および平滑コンデンサ２内の各内部コンデンサを流れる電流のばらつきを減少させる効果を得ることができる。
【００３６】
本実施例では、３並列のスイッチング素子を有するスイッチングモジュールを用いたが、図１３に示すとおり２並列のスイッチング素子で構成されるスイッチングモジュールを用いてもよい。その場合は、Ｐブスバーの端子３２１，３２２、Ｍブスバーの端子４１１，４１２，４２１，４２２、Ｎブスバーの端子５２１，５２２の数は、スイッチングモジュールのコレクタ端子１０１、エミッタ端子１０２の数と一致させればよい。また、図１３に示すように、本実施例で示した３並列のスイッチングモジュール用のブスバーをそのまま２並列のスイッチングモジュールにも適用することで、要求される電流容量に応じてスイッチングモジュール内の並列数が変更された場合であっても、設計変更が必要無く同一のブスバーを適用することができる。
【実施例２】
【００３７】
実施例２における電力変換装置の１相分は、図１４に示す通り、スイッチングモジュール１１〜１４、平滑コンデンサ２、Ｐブスバー３、Ｍブスバー４およびＮブスバー５で構成される。実施例１との相違点は、平滑コンデンサ２、Ｐブスバー３およびＮブスバー５の構成を異にしている点にある。以下、実施例１との共通事項については説明を割愛する。
【００３８】
本実施例では内側寄りに配置されたＰ極端子２０１、２０４および外側寄りに配置されたＮ極端子２０２、２０３を有する２並列の平滑コンデンサ２を対象とする。
【００３９】
図１５に示すＰブスバー３は平滑コンデンサ２のＰ極端子２０１、２０４に接続される端子３１１、３１２と、スイッチングモジュール１１、１３のコレクタ端子１０１に接続される端子３２１、３２２を有している。端子３１１、３１２はＰブスバー上で左右対称となる位置に配置され、本実施例ではＰブスバーの内側寄りに配置される。またＰブスバー３には、端子３１１と各端子３２１を結ぶ直線のうち距離が最短となる直線（端子３１１と最内側の端子３２１を結ぶ直線）、及び端子３１２と各端子３２２を結ぶ直線のうち、距離が最短となる直線（端子３１２と最内側の端子３２１を結ぶ直線）をそれぞれ横切る領域にスリット３３が設けられ、本実施例ではＰブスバーの内側寄りの位置に構成される。Ｐブスバー３においては、ブスバー電流の経路は図１５に示す経路８１１〜８１６となる。経路８１１〜８１６の長さがほぼ均等であることから、コンデンサ電流９０１、９０２およびスイッチングモジュール電流９１１〜９１６の大きさをほぼ均等とすることができる。
【００４０】
スリット３３の利点は、図１６に示すスリット無しＰブスバー３ｂとの対比にて示される。図１６に示す通り、Ｐブスバー３ｂにおいては、ブスバー電流の経路は経路８１１〜８１６となる。経路８１１〜８１３については８１３、８１２、８１１の順に、経路８１４〜８１６については８１４、８１５、８１６の順に電流経路が長くなっており、ブスバー電流の経路長が端子毎に不均等となる。したがってスイッチングモジュール電流９１１〜９１６は不均等となり、スイッチングモジュール電流９１１〜９１３については９１１、９１２、９１３の順に、スイッチングモジュール電流９１４〜９１６については９１６、９１５、９１４の順に大きくなる電流分担となる。
【００４１】
一方、図１５に示すＰブスバー３においては、ブスバー電流の経路８１１〜８１６がスリット３３を迂回することから経路長が均等となり、スイッチングモジュールに流れる電流９１１〜９１６をほぼ均等とすることができる。
【００４２】
スリット幅は数ミリメートル程度とすればよい。スリット長が長いほど、またスリット位置が端子３２１、３２２に近いほど、スイッチングモジュール電流９１３、９１４が増大する。したがって、対象とするＰブスバーの寸法に応じて最適なスリット長とスリット位置を決めればよい。
【００４３】
平滑コンデンサ２に接続される端子３１１、３１２の配置が左右対称である利点は、これらの配置が左右非対称であるＰブスバー３ｄとの対比にて示される。実施例１で説明したとおり、Ｐブスバー３ｄにおいては、コンデンサ電流９０１、９０２とスイッチングモジュール電流９１１〜９１６の分担は不均等となる。いっぽう、図１５に示すＰブスバー３においては、ブスバー電流の経路８１７〜８１９が存在しないこと、およびブスバー電流の経路８１１〜８１６の長さが均等であることから、コンデンサ電流９０１、９０２とスイッチングモジュール電流９１１〜９１６の分担を均等とすることができる。
【００４４】
図１７に示すＮブスバー５は、図１４に示す平滑コンデンサ２のＮ極端子２０２、２０３に接続される端子５１１、５１２、スイッチングモジュール１２、１４のエミッタ端子１０２に接続される端子５２１、５２２を有している。端子５１１、５１２は左右対称に配置され、本実施例ではブスバーの外寄りとしている。Ｎブスバー５の電流経路８３１〜８３６の一部分は、近接するＰブスバー３とＭブスバー４の電流経路８１１〜８１６、８２１〜８２６に沿っている。
【００４５】
経路が沿う区間においては、ブスバー電流が形成する磁界が互いに打ち消し合い、経路のインダクタンスがほぼゼロとなる。電流はインダクタンスが小さい経路を流れる性質を有しているから、Ｎブスバー５の電流経路８３１〜８３６が図１７に示す通り形成される。
【００４６】
電流経路８３１〜８３６においてインダクタンスに寄与する実質的な経路は、インダクタンスがほぼゼロとなる区間を差し引くことで与えられる。図１８に示す通り、実質的な経路８３１ａ〜８３６ａにおいては経路長が均等となることから、コンデンサ電流９４１、９４２およびスイッチングモジュール電流９５１〜９５６の大きさをほぼ均等とすることができる。
【００４７】
以上述べた通り、本実施例で挙げたＰブスバー３、Ｍブスバー４およびＮブスバー５を用いることで、スイッチング素子が４個並列接続された構成においても、スイッチングモジュール１１〜１４を流れる電流、および平滑コンデンサ２を流れる電流の分担を均等にすることができ、信頼性を向上させた電力変換装置を提供することができる。
【００４８】
本実施例ではＰブスバーとＭブスバーが同一平面に配置されているが、同一平面に配置されていなくともよい。また、スイッチングモジュールに近いほうからＰブスバー、Ｎブスバーの順に並んでいるが、これが逆順でもよい。
【００４９】
本実施例に対し、スイッチングモジュール１１〜１４の端子１０１、１０２を入れ替えて、Ｐブスバー３をＮブスバーとして用い、Ｎブスバー５をＰブスバーとして用いてもよい。
【００５０】
本実施例では３並列のスイッチング素子で構成されるスイッチングモジュールを用いたが、２並列のスイッチング素子で構成されるスイッチングモジュールを用いてもよい。
【実施例３】
【００５１】
本実施例における電力変換装置の１相分は、図１９に示す通りスイッチングモジュール１１、１２、平滑コンデンサ２、Ｐブスバー３、Ｍブスバー４およびＮブスバー５で構成される。実施例１との相違は、スイッチングモジュール１１、１２およびＮブスバー４の構成を異にしている点にある。以下、実施例１との共通事項については説明を割愛する。
【００５２】
本実施例では、回路の上アームはスイッチングモジュール１１で構成され、回路の下アームはスイッチングモジュール１２で構成される。
【００５３】
図２０に示すＰブスバー３は、実施例１で述べたＰブスバー３と同一形状であるが、電流経路８１１〜８１６が異なっており、経路の一部分が近接するＮブスバー５の電流経路８３１〜８３６に沿っている。
【００５４】
経路が沿う区間においては、ブスバー電流が形成する磁界が互いに打ち消し合い、経路のインダクタンスがほぼゼロとなる。電流はインダクタンスが小さい経路に流れやすい性質を有しているから、Ｐブスバー３の電流経路８１１〜８１６が図示の通り形成される。
【００５５】
電流経路８１１〜８１６の正味の経路は、インダクタンスがほぼゼロとなる区間を差し引くことで与えられる。図２１に示す通り、正味の経路８１１ａ〜８１６ａにおいては経路長が均等となることから、コンデンサ電流９０１、９０２およびスイッチングモジュール電流９１１〜９１３の大きさを均等とすることができる。
【００５６】
図２２に示すＭブスバー４はスイッチングモジュール１１のエミッタ端子１０２に接続される端子４１１、スイッチングモジュール１２のコレクタ端子１０１に接続される端子４２１を有している。Ｍブスバー５においては、ブスバー電流の経路は８２１〜８２３で表され、長さが均等となる。
【００５７】
図１０において、端子４１１から端子４２１への経路８２７ａ、８２８ａを考えた場合に、これらの経路長が等しいことから左右方向に隣り合う端子間の電流のやり取りは正味ゼロとなる。これは、端子４１１と端子４２１の間において左右方向への横流が生じないことを示している。左右方向に隣り合う端子の間にいかなる横流も生じないので、端子４１１と端子４２１の間の経路は８２１〜８２３に確定する。
【００５８】
以上より、スイッチングモジュール電流９２１〜９２３、９３１〜９３３の大きさを均等とすることができる。
【００５９】
図２３に示すＮブスバー５は、実施例１で述べたＮブスバー５と同一形状であるが、電流経路８３１〜８３６が異なっており、経路の一部分が近接するＰブスバー３とＭブスバー４の電流経路８１１〜８１６、８２１〜８２３に沿っている。
【００６０】
経路が沿う区間においては、ブスバー電流が形成する磁界が互いに打ち消し合い、経路のインダクタンスがほぼゼロとなる。電流はインダクタンスが小さい経路を流れる性質を有しているから、Ｎブスバー５の電流経路８３１〜８３６が図示の通り形成される。
【００６１】
電流経路８３１〜８３６の正味の経路は、インダクタンスがほぼゼロとなる区間を差し引くことで与えられる。図２４に示す通り、正味の経路８３１ａ〜８３６ａにおいては経路長が均等となることから、コンデンサ電流９４１、９４２およびスイッチングモジュール電流９５１〜９５３の大きさを均等とすることができる。
【００６２】
以上述べた通り、本実施例で挙げたＰブスバー３、Ｍブスバー４およびＮブスバー５を用いることで、スイッチング素子が３個並列接続された構成においても、スイッチングモジュール１１、１２を流れる電流、および平滑コンデンサ２を流れる電流の分担を均等にすることができ、信頼性を向上させた電力変換装置を提供することができる。
【００６３】
本実施例ではＰブスバーとＭブスバーが同一平面に配置されているが、同一平面に配置されていなくともよい。また、スイッチングモジュールに近いほうからＰブスバー、Ｎブスバーの順に並んでいるが、これが逆順でもよい。
【００６４】
本実施例に対し、スイッチングモジュール１１〜１４の端子１０１、１０２を入れ替えて、Ｐブスバー３をＮブスバーとして用い、Ｎブスバー５をＰブスバーとして用いてもよい。
【００６５】
図２５に示す通り、スイッチングモジュール１１、１２の代わりにスイッチングモジュール１３、１４を用い、これらがＭブスバー４に接続される構成でも同様の効果を得ることができる。
【００６６】
本実施例では３並列のスイッチング素子で構成されるスイッチングモジュールを用いたが、２並列のスイッチング素子で構成されるスイッチングモジュールを用いてもよい。
【実施例４】
【００６７】
本実施例における電力変換装置の１相分は、図２６に示す通りスイッチングモジュール１１、１２、平滑コンデンサ２、Ｐブスバー３、Ｍブスバー４およびＮブスバー５で構成される。実施例２との相違は、スイッチングモジュール１１、１２およびＭブスバー４の構成を異にしている点にある。以下、実施例２との共通事項については説明を割愛する。
【００６８】
本実施例では、回路の上アームはスイッチングモジュール１１で構成され、回路の下アームはスイッチングモジュール１２で構成される。
【００６９】
図２７に示すＰブスバー３は、実施例２で述べたＰブスバー３と同一形状であるが、電流経路８１１〜８１６が異なっており、経路の一部分が近接するＮブスバー５の電流経路８３１〜８３６に沿っている。
【００７０】
経路が沿う区間においては、ブスバー電流が形成する磁界が互いに打ち消し合い、経路のインダクタンスがほぼゼロとなる。電流はインダクタンスが小さい経路に流れやすい性質を有しているから、Ｐブスバー３の電流経路８１１〜８１６が図示の通り形成される。
【００７１】
電流経路８１１〜８１６の正味の経路は、インダクタンスがほぼゼロとなる区間を差し引くことで与えられる。図２８に示す通り、正味の経路８１１ａ〜８１６ａにおいては経路長が均等となることから、コンデンサ電流９０１、９０２およびスイッチングモジュール電流９１１〜９１３の大きさを均等とすることができる。
【００７２】
図２９に示すＮブスバー５は、実施例２で述べたＮブスバー５と同一形状であるが、電流経路８３１〜８３６が異なっており、経路の一部分が近接するＰブスバー３とＭブスバー４の電流経路８１１〜８１６、８２１〜８２３に沿っている。
【００７３】
経路が沿う区間においては、ブスバー電流が形成する磁界が互いに打ち消し合い、経路のインダクタンスがほぼゼロとなる。電流はインダクタンスが小さい経路を流れる性質を有しているから、Ｎブスバー５の電流経路８３１〜８３６が図示の通り形成される。
【００７４】
電流経路８３１〜８３６の正味の経路は、インダクタンスがほぼゼロとなる区間を差し引くことで与えられる。図３０に示す通り、正味の経路８３１ａ〜８３６ａにおいては経路長が均等となることから、コンデンサ電流９４１、９４２およびスイッチングモジュール電流９５１〜９５３の大きさを均等とすることができる。
【００７５】
以上述べた通り、本実施例で挙げたＰブスバー３、Ｍブスバー４およびＮブスバー５を用いることで、スイッチング素子が３個並列接続された構成においても、スイッチングモジュール１１、１２を流れる電流、および平滑コンデンサ２を流れる電流の分担を均等にすることができ、信頼性を向上させた電力変換装置を提供することができる。
【００７６】
本実施例ではＰブスバーとＭブスバーが同一平面に配置されているが、同一平面に配置されていなくともよい。また、スイッチングモジュールに近いほうからＰブスバー、Ｎブスバーの順に並んでいるが、これが逆順でもよい。
【００７７】
本実施例に対し、スイッチングモジュール１１〜１４の端子１０１、１０２を入れ替えて、Ｐブスバー３をＮブスバーとして用い、Ｎブスバー５をＰブスバーとして用いてもよい。
【００７８】
スイッチングモジュール１１、１２の代わりにスイッチングモジュール１３、１４を用い、これらがＭブスバー４に接続される構成でも同様の効果を得ることができる。
【００７９】
本実施例では３並列のスイッチング素子で構成されるスイッチングモジュールを用いたが、２並列のスイッチング素子で構成されるスイッチングモジュールを用いてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１１〜１４  スイッチングモジュール
１  モジュール内部のスイッチング素子
１ａ  上アームのスイッチング素子
１ｂ  下アームのスイッチング素子
１０１  スイッチングモジュールのコレクタ端子
１０２  スイッチングモジュールのエミッタ端子
２  平滑コンデンサ
２０１、２０４  平滑コンデンサのＰ端子
２０２、２０３  平滑コンデンサのＮ端子
３  Ｐブスバー
３ｂ  スリットが無い場合のＰブスバー
３ｃ  平滑コンデンサに接続される端子の配列が左右非対称である場合のＰブスバー
３ｄ  スリットが無い場合かつ、平滑コンデンサに接続される端子の配列が左右非対称である場合のＰブスバー
３１〜３３  Ｐブスバーのスリット
３０１  Ｐブスバーの入力端子
３１１、３１２  Ｐブスバーの平滑コンデンサに接続される端子
３２１、３２２  Ｐブスバーのスイッチングモジュールに接続される端子
４  Ｍブスバー
４０１  Ｍブスバーの出力端子
４１１、４２１、４２１、４２２  Ｍブスバーのスイッチングモジュールに接続される端子
５  Ｎブスバー
５１、５２、５３  Ｎブスバーのスリット
５０１  Ｎブスバーの入力端子
５１１、５１２  Ｎブスバーの平滑コンデンサに接続される端子
５２１、５２２  Ｎブスバーのスイッチングモジュールに接続される端子
７００  構成部品間の接続関係を示す矢印
８００  スイッチング素子が開閉するときの電流経路
８１１〜８１９  Ｐブスバーの電流経路
８１１ａ〜８１６ａ  Ｐブスバーの正味の電流経路
８２１〜８２６  Ｍブスバーの電流経路
８２７ａ、８２８ａ、８２７ｂ、８２８ｂ、８２７ｃ、８２８ｃ  Ｍブスバーの仮想電流経路
８３１〜８３６  Ｎブスバーの電流経路
８３１ａ〜８３６ａ  Ｎブスバーの正味の電流経路
９０１、９０２  Ｐブスバーに平滑コンデンサから流入する電流
９１１〜９１６  Ｐブスバーからスイッチングモジュールに流出する電流
９２１〜９２６  Ｍブスバーにスイッチングモジュールから流入する電流
９３１〜９３６  Ｍブスバーからスイッチングモジュールに流出する電流
９４１、９４２  Ｎブスバーから平滑コンデンサに流入する電流
９５１〜９５６  Ｎブスバーにスイッチングモジュールから流入する電流
【図１】
0006470196.tif 000002
【図２】
0006470196.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0006470196.tif 000006
【図６】
0006470196.tif 000007
【図７】
0006470196.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0006470196.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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