(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の冷却器と、前記第１の冷却器に設置される第１のパワー半導体モジュールと、を含む第１の電力変換部と、
第２の冷却器と、前記第２の冷却器に設置される第２のパワー半導体モジュールと、を含む第２の電力変換部と、
前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールに電気的に接続されるコンデンサと、
前記コンデンサを前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールに接続するための配線導体と、
前記第１の電力変換部および前記第２の電力変換部を支持する支持部材と、
を備える電力変換装置において、
前記コンデンサは、前記第１の電力変換部と前記第２の電力変換部との間に位置し、
前記コンデンサは、前記第１の電力変換部と、前記第２の電力変換部と、前記配線導体と、前記支持部材とによって囲まれる空間に位置し、
前記空間が通風路を構成す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において、
前記通風路の両端の開口部の一方の開口部から他方の開口部へ向かって、冷却風が前記通風路を通ることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換装置において、
前記第１の冷却器と前記コンデンサとの間に位置する第１の熱遮蔽板と、
前記第２の冷却器と前記コンデンサとの間に位置する第２の熱遮蔽板と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の電力変換装置において、
前記一方の開口部または前記他方の開口部に設けられるファンを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１のパワー半導体モジュールおよび前記第２のパワー半導体モジュールの各々には、半導体スイッチング素子が格納されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記通風路の両端の開口部の各々が封止板によって塞がれ、
前記第１の冷却器から前記第２の冷却器に向かう冷却風が、前記通風路を通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、
前記第１の冷却器または前記第２の冷却器の凹凸部が露出する側面部にファンを備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記配線導体は、複数の導体板の積層体からなることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電力変換装置において、
前記第１の電力変換部は、前記第１の冷却器に設置される、第３のパワー半導体モジュールおよび第４のパワー半導体モジュールを備え、
前記第２の電力変換部は、前記第２の冷却器に設置される、第５のパワー半導体モジュールおよび第６のパワー半導体モジュールを備え、
前記コンデンサは、前記第３のパワー半導体モジュール、前記第４のパワー半導体モジュール、前記第５のパワー半導体モジュールおよび前記第６のパワー半導体モジュールに電気的に接続され、
前記配線導体は、前記コンデンサを、前記第３のパワー半導体モジュール、前記第４のパワー半導体モジュール、前記第５のパワー半導体モジュールおよび前記第６のパワー半導体モジュールと接続することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
乗りかごおよび釣り合い錘と、
昇降路内において前記乗りかごおよび前記釣り合い錘を吊る主ロープと、
前記主ロープを駆動する巻上機と、
前記巻上機における電動機に電力を与える電力変換装置と、
を備えるエレベータにおいて、
前記電力変換装置が、請求項９に記載の電力変換装置であることを特徴とするエレベータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体スイッチング素子を用いた電力変換装置、並びに電力変換装置を用いるエレベータに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワー半導体スイッチング素子が搭載されるパワー半導体モジュールの低損失化により、電力変換装置の小型化、すなわち高密度実装が進められている。特に、エレベータの分野においては、電力変換装置が、昇降路内や機械室内という狭い空間に設置されることから、施工作業および保守点検作業の効率化のために、高密度実装による電力変換装置の小型化が要求されている。
【０００３】
高密度実装が進むにつれ、パワー半導体モジュールやその冷却器の小型化に留まらず、平滑コンデンサなどの小型化も求められる。しかしながら、平滑コンデンサを小型化すると、許容リプル電流値が低下するため、平滑コンデンサの温度が上昇する。このような温度上昇は、平滑コンデンサの寿命劣化に繋がるため、平滑コンデンサを効率的に冷却する必要がある。
【０００４】
電力変換装置を小型化しつつ平滑コンデンサを効率良く冷却する技術として、特許文献１に記載の従来技術が知られている。
【０００５】
特許文献１に記載の従来技術では、コンバータを構成する半導体スイッチが冷却フィン上に配置され、インバータを構成する半導体スイッチが他の冷却フィン上に配置される。これら二つの冷却フィンが並設され、両冷却フィンの間に平滑コンデンサが配置される。このような配置により、電力変換装置が小型化される。また、冷却風は、各冷却フィンと平滑コンデンサを個別に通過する。これにより、各半導体スイッチと平滑コンデンサが効率良く冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−８７２１２号公報（図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術では、平滑コンデンサを通過する冷却風が、冷却フィンと平滑コンデンサの間の空間から散逸するので、平滑コンデンサを確実に冷却することが難しい。
【０００８】
そこで、本発明は、小型化が可能で、かつコンデンサを確実に冷却できる電力変換装置、並びにそれを用いるエレベータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明による電力変換装置は、第１の冷却器と、第１の冷却器に設置される第１のパワー半導体モジュールと、を含む第１の電力変換部と、第２の冷却器と、第２の冷却器に設置される第２のパワー半導体モジュールと、を含む第２の電力変換部と、第１のパワー半導体モジュールおよび第２のパワー半導体モジュールに電気的に接続されるコンデンサと、コンデンサを第１のパワー半導体モジュールおよび第２のパワー半導体モジュールに接続するための配線導体と、第１の電力変換部および第２の電力変換部を支持する支持部材と、を備えるものであって、コンデンサは、第１の電力変換部と第２の電力変換部との間に位置すると共に、第１の電力変換部と、第２の電力変換部と、配線導体と、支持部材とによって囲まれる空間に位置し、この空間が通風路を構成する。
【００１０】
また、本発明によるエレベータは、乗りかごおよび釣り合い錘と、昇降路内において乗りかごおよび釣り合い錘を吊る主ロープと、主ロープを駆動する巻上機と、巻上機における電動機に電力を与える電力変換装置と、を備えるものであって、電力変換装置が、上記本発明による電力変換装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コンデンサが、第１の電力変換部と、第２の電力変換部と、配線導体と、支持部材とによって囲まれる空間に位置し、この空間が通風路を構成することによって、高密度実装による小型化を可能としながらも、コンデンサを確実に冷却することができる。また、電力変換装置におけるコンデンサの寿命劣化が抑制されるので、エレベータの信頼性が向上する。
【００１２】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】本発明の実施例１である電力変換器の概略構成を示す背面図。
【図１ｂ】本発明の実施例１である電力変換装置の概略構成を示す平面図。
【図１ｃ】本発明の実施例１である電力変換装置の概略構成を示す正面図。
【図２】実施例１の電力変換装置の回路図。
【図３ａ】実施例１における通風手段の一例を示す背面図。
【図３ｂ】実施例１における通風手段の一例を示す平面図。
【図３ｃ】実施例１における通風手段の一例を示す正面図。
【図４ａ】実施例１の変形例である電力変換装置の概略構成を示す背面図。
【図４ｂ】実施例１の変形例である電力変換装置の概略構成を示す平面図。
【図４ｃ】実施例１の変形例である電力変換装置の概略構成を示す正面図。
【図５ａ】変形例における通風手段の一例を示す背面図。
【図５ｂ】変形例における通風手段の一例を示す平面図。
【図５ｃ】変形例における通風手段の一例を示す正面図。
【図６ａ】本発明の実施例２である電力変換装置の概略構成を示す背面図。
【図６ｂ】本発明の実施例２である電力変換装置の概略構成を示す平面図。
【図７】実施例２の電力変換装置の回路構成を示す。
【図８ａ】実施例２の変形例である電力変換装置の概略構成を示す背面図。
【図８ｂ】実施例２の変形例である電力変換装置の概略構成を示す平面図。
【図９ａ】本発明の実施例３である電力変換装置の概略構成を示す背面図。
【図９ｂ】本発明の実施例３である電力変換装置の概略構成を示す平面図。
【図９ｃ】本発明の実施例３である電力変換装置の概略構成を示す正面図。
【図１０ａ】本実施例３における通風手段の一例を示す背面図。
【図１０ｂ】本実施例３における通風手段の一例を示す平面図。
【図１０ｃ】本実施例３における通風手段の一例を示す正面図。
【図１１】本実施例３の電力変換装置の回路構成を示す。
【図１２】本発明の実施例４であるエレベータの概略構成を示すブロック図。
【図１３ａ】本発明の実施例５である電力変換装置の概略構成を示す背面図。
【図１３ｂ】本発明の実施例５である電力変換装置の概略構成を示す平面図。
【図１３ｃ】本発明の実施例５である電力変換装置の概略構成を示す正面図。
【図１４】本発明の実施例６である電力変換装置の概略構成を示す背面図およびＡ部斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施例を、図面を使用して詳細に説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。
【実施例１】
【００１５】
図１ａ〜ｃは、本発明の実施例１である電力変換装置の概略構成を示す。図１ａ，１ｂおよび１ｃは、それぞれ、背面図、平面図および正面図である。
【００１６】
本電力変換装置は、概略的に、パワー半導体モジュール１０１，４０１、コンデンサ１３１、Ｐ側配線導体１１１、Ｎ側配線導体１２１、パワー半導体モジュール１０１の冷却器１０６、パワー半導体モジュール４０１の冷却器４０６、および板状支持部材１７１から構成される。ここで、冷却器１０６，４０６は放熱用の冷却フィンを有する。また、板状支持部材１７１は、図示された電力変換装置を格納する筐体の一部や、固定板などによって構成される。
【００１７】
パワー半導体モジュール１０１のＰ端子１０４には、ネジ１５４を用いてＰ側配線導体１１１のＰ側配線導体端子１１４が接続される。さらに、コンデンサ１３１のコンデンサ端子１３４とＰ側配線導体１１１が接続されることにより、コンデンサ端子１３４はＰ側配線導体１１１を介してパワー半導体モジュール１０１のＰ端子１０４と接続される。
【００１８】
パワー半導体モジュール１０１のＮ端子１０２には、ネジ１５２を用いてＮ側配線導体１２１のＮ側配線導体端子１１２が接続される。さらにコンデンサ１３１のコンデンサ端子１３２とＮ側配線導体１２１が接続されることにより、コンデンサ端子１３２は、Ｎ側配線導体１２１を介してパワー半導体モジュール１０１のＮ端子１０２と接続される。
【００１９】
パワー半導体モジュール４０１のＰ端子４０４には、ネジ４５４を用いてＰ側配線導体１１１のＰ側配線導体端子４１４が接続される。さらに、コンデンサ１３１のコンデンサ端子１３４とＰ側配線導体１１１が接続されることにより、コンデンサ端子１３４はＰ側配線導体１１１を介してパワー半導体モジュール４０１のＰ端子４０４と電気的に接続される。
【００２０】
パワー半導体モジュール４０１のＮ端子４０２には、ネジ４５２を用いてＮ側配線導体１２１のＮ側配線導体端子４１２が接続される。さらにコンデンサ１３１のコンデンサ端子１３２とＮ側配線導体１２１が接続されることにより、コンデンサ端子１３２は、Ｎ側配線導体１２１を介してパワー半導体モジュール４０１のＮ端子４０２と電気的に接続される。
【００２１】
なお、Ｐ側配線導体１１１とＮ側配線導体１２１の間は絶縁体１６１にて絶縁されている。
【００２２】
また、電力変換部１００は、冷却器１０６、冷却器１０６のベースに設置されるパワー半導体モジュール１０１にて構成され、電力変換部４００は、冷却器４０６と、冷却器４０６のベースに設置されるパワー半導体モジュール４０１にて構成される。板状支持部材１７１上において、電力変換部１００および４００は並設され、電力変換部１００と電力変換部４００との間の空間にコンデンサ１３１が配置される。Ｐ側配線導体１１１とＮ側配線導体１２１は、共に平板状の金属導体板からなり、絶縁体１６１を介して互いに積層される。そして、積層されたＰ側配線導体１１１とＮ側配線導体１２１は、コンデンサ１３１、およびコンデンサ１３１が配置される電力変換部１００および４００間の空間上を覆うように配置され、上述したように、パワー半導体モジュール１０１，４０１およびコンデンサ１３１に接続される。
【００２３】
なお、Ｐ，Ｎ側配線導体（１１１，１２１）が位置する、板状支持部材１７１の上面からの高さは、図１ａに示すように、パワー半導体モジュール（１０１，１０２）のＰ，Ｎ端子（１０４，１０２，４０４，４０２）の高さに略等しい。また、コンデンサ１３１の高さ寸法（但し、端子１３２，１３４を除く本体部分の高さ）は、各配線導体の高さよりも低く設定される。このため、各配線導体は、パワー半導体モジュール間を略最短距離で接続する。これにより、配線インダクタンスを低減できる。
【００２４】
パワー半導体モジュール１０１は、略直方体の外形形状を有し、略矩形状の上面の一辺に沿ってＰ端子１０４およびＮ端子１０２が配置され、この一辺に対向する辺のほぼ中央に出力端子１０３が配置される。また、パワー半導体モジュール４０１も、略直方体の外形形状を有し、略矩形状の上面の一辺に沿ってＰ端子４０４およびＮ端子４０２が配置され、この一辺に対向する辺のほぼ中央に出力端子４０３が配置される。
【００２５】
電力変換部１００，４００は、パワー半導体モジュール１０１のＰ，Ｎ端子が配置される一辺とパワー半導体モジュール４０１のＰ，Ｎ端子が配置される一辺とが対向するように、かつ平行になる様に、対向配置される。
【００２６】
Ｐ側配線導体１１１は、略矩形状の配線部の一辺およびこの辺に対向する辺に、それぞれＰ側導体端子１１４および４１４が、配線部の対角線上に位置するように設けられる。また、Ｎ側配線導体１２１も、略矩形状の配線部の一辺およびこの辺に対向する辺に、それぞれＮ側導体端子１１２および４１２が、配線部の対角線上に位置するように設けられる。Ｐ側配線導体１１１の略矩形状の配線部とＮ側配線導体１２１の略矩形状の配線部は、ほぼ全面で重なる様に、絶縁体１６１を介して積層される。
【００２７】
Ｐ側配線導体１１１の配線部において、Ｐ側配線導体端子１１４が設けられる辺の長さおよびＰ側配線導体端子４１４が設けられる辺の長さは、それぞれ、パワー半導体モジュール１０１のＰ，Ｎ端子が配置される辺の長さおよびパワー半導体モジュール４０１のＰ，Ｎ端子が配置される辺の長さに略等しい。また、Ｎ側配線導体１２１の配線部において、Ｎ側配線導体端子１０４が設けられる辺の長さおよびＮ側配線端子４１４が設けられる辺の長さは、それぞれ、パワー半導体モジュール１０１のＰ，Ｎ端子が配置される辺の長さおよびパワー半導体モジュール４０１のＰ，Ｎ端子が配置される辺の長さに略等しい。さらに、Ｐ側配線導体１１１の配線部において、Ｐ側配線導体端子１１４が設けられる辺、およびＰ側配線導体端子４１４が設けられる辺は、それぞれ、パワー半導体モジュール１０１のＰ，Ｎ端子が配置される辺、およびパワー半導体モジュール４０１のＰ，Ｎ端子が配置される辺と、互いに隣接し、かつ平行に配置される。また、Ｎ側配線導体１２１の配線部において、Ｎ側配線導体端子１１２が設けられる辺、およびＮ側配線端子４１２が設けられる辺は、それぞれ、パワー半導体モジュール１０１のＰ，Ｎ端子が配置される辺、およびパワー半導体モジュール４０１のＰ，Ｎ端子が配置される辺と、互いに隣接し、かつ平行に配置される。従って、コンデンサ１３１が配置される電力変換部１００，４００間の空間上の略全面がＰ側配線導体１１１およびＮ側半線導体１２１によって覆われる。また、Ｐ側配線導体１１１およびＮ側半線導体１２１と、パワー半導体モジュール１０１，４０１との間の隙間は少ない。
【００２８】
なお、本実施例１においては、同一形状且つ同一寸法のパワー半導体モジュール１０１，４０１が適用され、かつ同一形状且つ同一寸法の冷却器１０６，４０６が用いられる。このため、図１ａ〜ｃに示すように、本実施例１の電力半導体装置は、コンデンサ１３１に対して左右対称の外観を有する。
【００２９】
上述のような構成によれば、コンデンサ１３１が、電力変換部１００のパワー半導体モジュール１０１および冷却器１０６、電力変換部４００のパワー半導体モジュール４０１および冷却器４０６、Ｐ側配線導体１１１およびＮ側配線導体１２１、並びに板状支持部材１７１によって囲まれる空間内に配置される。この空間が実質的に通風路となるので、コンデンサ１３１に十分な冷却風を当てることができる。従って、コンデンサ１３１を確実に冷却することができる。さらに、コンデンサ１３１が配置される電力変換部１００，４００間の空間上の略全面がＰ側配線導体１１１およびＮ側半線導体１２１によって覆われ、Ｐ側配線導体１１１およびＮ側半線導体１２１と、パワー半導体モジュール１０１，４０１との間の隙間が少ないので、通風路を流れる冷却風は、ほぼ途中で洩れることなく、通風路を通り抜ける。従って、コンデンサの冷却効率が向上する。
【００３０】
なお、本実施例１においては、通風路の両端の開口部の内、一方の開口部から他方の開口部に向って、冷却風が通風路内を通る。また、同方向の冷却風が、冷却器１０６，４０６を通るように、冷却器１０６，４０６は、冷却フィンの凹凸面が通風路の開口部側において露出するように配置される。
【００３１】
また、上記構成によれば、冷却器とパワー半導体モジュールとからなる電力変換部１００，４００の間にコンデンサが配置されることにより、電力変換装置の小型化あるいは高密度実装が可能になる。さらに、このような配置のもとで、端子部よりも幅の広い平板状の配線部を備えると共に、互いに積層されたＰ，Ｎ側配線導体によってパワー半導体モジュール１０１，４０１間が接続されるので、電力変換装置の主回路インダクタンスが低減される。このため、パワー半導体モジュールの高速・低損失化に伴う、跳ね上がり電圧の増加を抑えることができる。
【００３２】
図２に、本実施例１の電力変換装置の回路構成を示す。本実施例１では、パワー半導体モジュール１０１，４０１はＭＯＳＦＥＴを格納する。一つのパワー半導体モジュール内では、２個のＭＯＳＦＥＴが直列に接続され、この直列接続の両端がそれぞれＰ，Ｎ端子に接続され、直列接続点が出力端子（図示省略）に接続される。なお、電流容量に応じて、ＭＯＳＦＥＴの並列接続を２個、直列に接続しても良い。
【００３３】
図２に示すＭＯＳＦＥＴに限らず、他の半導体スイッチング素子、例えば、外付けで環流ダイオードが接続されるＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどであってもよい。
【００３４】
ここで、コンデンサ１３１について、リプル電流による温度上昇は、式（１）のように表される。
【００３５】
Δｔｎ＝(Ｉｎ／Ｉ０)２×Δｔ０    …    （１）
式（１）において、Δｔｎは「温度上昇」を示し、Ｉｎは「リプル電流」を示し、Ｉ０は「定格リプル電流」を示し、Δｔ０は「Ｉ０に対する温度上昇」を示す。
【００３６】
式（１）が示すように、定格リプル電流に対しリプル電流が大きくなるほど温度上昇は大きくなる。従って、コンデンサ１３１が小型化して定格リプル電流が小さくなるほど、許容されるリプル電流は小さくなるので、寿命の劣化が起こり易くなる。
【００３７】
これに対し、本実施例１では、上述したように、電力変換部１００、電力変換部４００、Ｐ側配線導体１１１およびＮ側配線導体１２１、並びに板状支持部材１７１によって構成される通風路内に、コンデンサ１３１が配置される。この通風路を用い、Ｐ側配線導体１１１およびＮ側配線導体１２１、板状支持部材１７１の主面に沿って冷却風を送る。これによりコンデンサ１３１の温度上昇Δｔｎを抑え、コンデンサの寿命の劣化を防止できる。
【００３８】
図３ａ〜ｃは、本実施例１における通風手段の一例を示す。図３ａ，３ｂおよび３ｃは、それぞれ、背面図、平面図および正面図である。
【００３９】
図３ａ〜ｃに示すように、電力変換装置の正面側において、コンデンサ１３１が配置される通風路の両端の開口部の内の一方の開口部に、ファン１８２が設けられる。これにより、コンデンサ１３１を効率的に冷却することができる。また、電力変換部１００および４００の正面側に、それぞれファン１８１，１８３が、ファン１８２の両側に並んで設けられる。これにより、電力変換部１００および４００も効率的に冷却することができる。
【００４０】
なお、ファン１８１，１８２，１８３は、通風路内への吸気用、通風路からの排気用のいずれでも良い。
【００４１】
図４ａ〜ｃは実施例１の変形例である電力変換装置の概略構成を示す。図４ａ，４ｂおよび４ｃは、それぞれ、背面図、平面図および正面図である。
【００４２】
図４ａ〜ｃに示すように、コンデンサ１３１の通風路内において、電力変換部１００，４００の側面に沿って、コンデンサと電力変換部１００および４００の間に、それぞれ熱遮蔽板１７２，１７３が設けられる。熱遮蔽板１７２，１７３により、冷却器からコンデンサ１３１への輻射熱が遮られる。これにより、輻射熱によるコンデンサ１３１の温度上昇を抑制されるので、コンデンサ１３１の寿命劣化を防止できる。
【００４３】
図５ａ〜ｃは本変形例における通風手段の一例を示す。図５ａ，５ｂおよび５ｃは、それぞれ、背面図、平面図および正面図である。
【００４４】
図５ａ〜ｃに示すように、本変形例においても、実施例１（図３ａ〜ｃ）と同様の通風手段、すなわちファン１８１，１８２および１８３を用いることができる。
【００４５】
なお、遮蔽板１７２，１７３は、絶縁体あるいは金属などからなる。周囲の電気部品との干渉を考慮すると絶縁体が好ましく、冷却性を考慮すると金属が好ましい。金属から遮蔽板１７２，１７３に吸収される熱は、通風路を通る冷却風によって効率良く放熱される。
【実施例２】
【００４６】
図６ａ〜ｂは、本発明の実施例２である電力変換装置の概略構成を示す。図６ａおよび６ｂは、それぞれ、背面図および平面図である。以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。
【００４７】
図６ａ〜ｂに示すように、本電力変換装置は、パワー半導体モジュール１０１，４０１、コンデンサ１３１、Ｐ側配線導体１１１、Ｎ側配線導体１２１、上下アーム配線導体１２３、配線導体間絶縁体１６１、パワー半導体モジュール１０１の冷却器１０６、パワー半導体モジュール４０１の冷却器４０６、並びに板状支持部材１７１から構成される。
【００４８】
また、電力変換部１００は、冷却器１０６、並びに冷却器１０６のベースに設置されるパワーモジュール１０１によって構成され、電力変換部４００は、冷却器４０６、並びに冷却器４０６のベースに設置されるパワーモジュール４０１によって構成される。
【００４９】
ここで、パワー半導体モジュール１０１，４０１は、後述するように、ＭＯＳＦＥＴを一個、あるいはＭＯＳＦＥＴの並列接続を一個、内蔵するので、Ｐ，Ｎ端子を備えるが、出力端子は備えていない。
【００５０】
パワー半導体モジュール１０１のＰ端子１０４には、ネジ１５４を用いてＰ側配線導体１１１が接続される。また、パワー半導体モジュール４０１のＮ端子４０２には、ネジ４５２を用いてＮ側配線導体１２１が接続される。さらに、コンデンサ１３１のコンデンサ端子１３４とＰ側配線導体１１１が接続されることにより、コンデンサ端子１３４は、Ｐ側配線導体１１１を介してパワー半導体モジュール１０１のＰ端子１０４と電気的に接続される。また、コンデンサ１３１のコンデンサ端子１３２とＮ側配線導体１２１が接続されることにより、コンデンサ端子１３２は、Ｎ側配線導体１２１を介してパワー半導体モジュール４０１のＮ端子４０２と電気的に接続される。
【００５１】
上下アーム配線導体１２３は、ネジ１５７によってパワー半導体モジュール１０１のソース端子１０７に接続されると共に、ネジ４５７によってパワー半導体モジュール４０１のドレイン端子４０７に接続される。これにより、パワー半導体モジュール１０１のソース端子１０７とパワー半導体モジュール４０１のドレイン端子が、上下アーム配線導体１２３を介して電気的に接続されるので、一組の上下アーム回路が構成される。
【００５２】
本実施例２におけるＰ側配線導体１１１、Ｎ側配線導体１２１および上下アーム配線導体１２３は、電力変換部１００，４００間、すなわちコンデンサ１３１が配置される空間上において、実施例１におけるＰ側配線導体１１１およびＮ側配線導体１２１と同様に、絶縁体１６１を介して互いに積層される。
【００５３】
本実施例２においても、電力変換部１００のパワー半導体モジュール１０１および冷却器１０６、電力変換部４００のパワー半導体モジュール４０１および冷却器４０６、Ｐ側配線導体１１１とＮ側配線導体１２１および上下アーム配線導体１２３、並びに板状支持部材１７１によって囲まれる空間が通風路となるので、コンデンサ１３１を効率良く、確実に冷却することができる。なお、本実施例２の電力変換装置においても、実施例１（図３）と同様に、通風手段としてファンを設けても良い。
【００５４】
図７に、本実施例２の電力変換装置の回路構成を示す。パワー半導体モジュール１０１，４０１は各々、１個のＭＯＳＦＥＴ素子にて構成される。なお、各パワー半導体モジュールは、その電流容量に応じて、ＭＯＳＦＥＴの並列接続１個から構成されても良い。
【００５５】
図８ａ〜ｂは実施例２の変形例である電力変換装置の概略構成を示す。図８ａおよび８ｂは、それぞれ、背面図および平面図である。
【００５６】
図８ａ〜ｂが示すように、本変形例においては、実施例１の変形例（図４ａ〜ｃ）と同様に、熱遮蔽板１７２，１７３が設けられる。これにより、輻射熱によるコンデンサ１３１の寿命劣化が抑制できる。なお、実施例１の変形例（図５ａ〜ｃ）と同様に、通風手段としてファンを設けても良い。
【００５７】
実施例１，２が示すように、パワー半導体モジュールの端子の配置や回路構成に関わらず、電力変換部の間にコンデンサを配置し、パワー半導体モジュール間を積層配線導体によって接続して通風路を形成することにより、コンデンサの寿命劣化を抑制しながら、電力変換装置における高密度実装が可能となる。
【実施例３】
【００５８】
図９ａ〜ｃは、本発明の実施例３である電力変換装置の概略構成を示す。図９ａ，９ａおよび９ｃは、それぞれ、背面図、平面図および正面図である。以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。
【００５９】
図９ａ〜ｃに示すように、本電力変換装置は、実質的に、実施例１（図１）の電力変換装置を３台、図１０ｂ中、縦方向に並設したものである。但し、冷却器および配線導体並びに板状支持部材は共通化されている。これにより、電力変換部１００が３相インバータ回路を構成し、電力変換部４００が三相コンバータ回路（例えば、ＰＷＭ整流器）を構成し、コンデンサ１３１，２３１，３３１は直流リンク回路（平滑コンデンサ部）を構成する。
【００６０】
なお、図中、共通部分以外の各部については、実施例１の構成に対応する単位構成（一相分）ごとに、付記する符号を変えているが、図１ａ〜ｃの各部に対応する部分は、同じ構造および機能を有する。従って、本実施例３の電力変換装置は、パワー半導体モジュール１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１、コンデンサ１３１，２３１，３３１，Ｐ側配線導体１１１（共通部）、Ｐ側配線導体端子１１４，２１４，３１４，４１４，５１４，６１４、Ｎ側配線導体１２１（共通部）、Ｎ側配線導体端子１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２、パワー半導体モジュール１０１，２０１，３０１の冷却器１０６（共通部）、パワー半導体モジュール４０１，５０１，６０１の冷却器４０６（共通部）、並びに板状支持部材１７１から構成される。
【００６１】
本実施例３においても、電力変換部１００のパワー半導体モジュール１０１，２０１，３０１、パワー半導体モジュール１０１，２０１，３０１の冷却器１０６、電力変換部４００のパワー半導体モジュール４０１，５０１，６０１、パワー半導体モジュール４０１，５０１，６０１の冷却器４０６、Ｐ側配線導体１１１、Ｎ側配線導体１２１、並びに板状支持部材１７１によって囲まれる空間が通風路となるので、コンデンサ１３１，２３１，３３１を効率良く、確実に冷却することができる。
【００６２】
図１０ａ〜ｃは、本実施例３における通風手段の一例を示す。図１０ａ，１０ｂおよび１０ｃは、それぞれ、背面図、平面図および正面図である。
【００６３】
図１０ａ〜ｃに示すように、本実施例３においても、実施例１（図３ａ〜ｃ）と同様に、通風手段としてファン１８１，１８２，１８３を設けることができる。本実施例３においては、コンデンサ毎にファン１８２からの距離が異なるが、共通化された冷却器１０６，４０６、Ｐ，Ｎ側配線導体および板状支持部材１７１によって一つの風路が形成されるので、通風路にできる隙間が低減され、各コンデンサを確実に冷却することができる。なお、ファン１８１，１８２，１８３を設ける位置は、図１０ａに示す位置に限らず、通風路におけるコンデンサ１３１側の開口部に設けても良い。
【００６４】
また、本実施例３（図９，１０）において、実施例１の変形例（図４，５）と同様に、熱遮蔽板を設けても良い。
【００６５】
図１１は、本実施例３の電力変換装置の回路構成を示す。なお、本図において、電力変換部１００（インバータ）における交流出力端子（１０３，２０３，３０３）、並びに電力変換部４００（コンバータ）における交流入力端子（４０３，５０３，６０３）は省略されている。
【００６６】
図１１に示すように、一つのパワー半導体モジュールにおいて、２個のＭＯＳＦＥＴ素子が直列接続されて、一相分の上下アーム回路が構成される。３個のパワー半導体モジュールすなわち３相分の上下アーム回路が並列に接続されて、インバータ回路（電力変換部１００）が構成される。また、同様に、コンバータ回路（電力変換部４００）が構成される。なお、本実施例３においては、３個のコンデンサ１３１，２３１，３３１が並列接続されるが、並列数は３個に限らず、任意の個数で良い。また、複数のコンデンサが直列に接続されても良い。
【００６７】
なお、コンバータ回路に替えて、三相ダイオードブリッジ回路からなるダイオード整流器を用いても良い。この場合、電力変換部４００におけるパワー半導体モジュールとして、ダイオードモジュールを用いる。このダイオードモジュールは、三相ダイオードブリッジ回路における一相分に相当する、ダイオードの直列接続を格納する。
【実施例４】
【００６８】
図１２は、本発明の実施例４であるエレベータの概略構成を示すブロック図である。
【００６９】
主ロープ１３０１の両端には、それぞれ、乗りかご１３０２および釣り合い錘１３０３が接続される。乗りかご１３０２と釣り合い錘１３０３は、主ロープ１３０１によって、図示されない昇降路内に吊られる。主ロープ１３０１は、巻上機が備える綱車（シーブ）に巻き掛けられる。巻上機が備えるモータ１１０５によって綱車が回転すると主ロープが駆動され、乗りかご１３０２が昇降路内を昇降する。
【００７０】
モータ１１０５としては、誘導電動機や永久磁石式同期電動機などの交流電動機が用いられる。モータ１１０５は、電力変換装置１０００から供給される交流電力によって回転駆動される。
【００７１】
電力変換装置１０００において、コンバータ（ＰＷＭ整流器）１００１は、三相交流電源１１０１から、コンタクタ１１０２および交流リアクトル１１０３を介して交流電力を入力し、入力した交流電力を直流電力に変換する。さらに、インバータ１００２は、コンバータ１００１が出力する直流電力を、平滑コンデンサ１００９を介して入力し、三相交流電力に変換して、モータ１１０５へ出力する。ここで、電力変換装置１０００として、前述の実施例３（図９ａ〜ｃ，１０ａ〜ｃ）の電力変換装置が適用される。
【００７２】
また、エレベータ制御装置１２００は、変換器制御装置１２０３および検出装置１２０４を備える。変換器制御装置１２０３が作成する制御信号に従って駆動回路１２０１および１２０２が出力する駆動信号により、コンバータ（ＰＷＭ整流器）１００１およびインバータ１００２を構成するパワー半導体モジュールのＭＯＳＦＥＴがオンオフスイッチングされる。これにより、三相交流電源１１０１からの三相交流電力が、可変電圧かつ可変周波数の三相交流電力に変換され、モータ１１０５が可変速駆動される。ここで、検出装置１２０４は、乗りかご１３０２、かごドア１３０５や図示しない乗り場ドアの動作状態をモニタし、これらの異常動作を検出すると、異常検知信号を変換器制御装置１２０３に送信する。変換器制御装置１２０３は、受信した異常検知信号に応じて、エレベータ動作を制御する。また、検出装置１２０４は、異常動作の種類によっては、コンタクタ１１０２を遮断し、エレベータを非常停止させる。
【００７３】
なお、コンバータ（ＰＷＭ整流器）１００１およびインバータ１００２は、変調手段として、二相変調および三相変調のいずれかを適宜選択することができる。二相変調と三相変調では、コンバータ（ＰＷＭ整流器１００１）およびインバータ１００２の電力損失量が異なるので、コンバータ（ＰＷＭ整流器１００１）およびインバータ１００２の発熱量が異なる。これに対し、変換器制御装置１２０３が、変調手段に応じてファン１２０５ａ，１２０５ｂおよび１２０５ｃ（それぞれ、図１０におけるファン１８３，１８２および１８１に相当）の回転数を制御することによって、コンバータ（ＰＷＭ整流器）１００１、インバータ１００２およびコンデンサ１００９を効率的に冷却することができる。
【００７４】
本実施例４のエレベータによれば、実施例３の電力変換装置を適用することにより、電力変換装置におけるコンデンサの寿命劣化が抑制されるので、エレベータの故障が防止される。従って、エレベータの信頼性が向上する。
【実施例５】
【００７５】
図１３は、本発明の実施例５である電力変換装置の概略構成を示す。図１３ａ，１３ａおよび１３ｃは、それぞれ、背面図、平面図および正面図である。以下、主に、実施例１と異なる点について説明する。
【００７６】
本実施例５においては、実施例１とは異なり、冷却風が、冷却器１０６，４０６の一方の冷却器から他方の冷却器に向い、コンデンサ１３１が配置される前述の通風路を通る。このため、冷却器１０６および４０６の冷却フィンの向きは、実施例１の方向から９０度回転した向きであり、フィンを構成する凹凸部のうち、冷却風が通る凹部が、一方の冷却器から他方の冷却器へ向かう方向に沿って配置される。従って、同方向に対して直交する冷却器の外側側面において、冷却フィンの凹凸部が露出する。さらに、コンデンサ１３１が配置される通風路の開口部は封止板１８４および１８５によって塞がれる。
【００７７】
これにより、冷却風は、一方の電力変換部の冷却器からコンデンサ１３１を通り、さらに他方の電力変換部の冷却器を通って、他方の電力変換部の冷却器の外側側面から電力変換装置外へ排出される。これにより、コンデンサ１３１、パワー半導体モジュール１０１，４０１が効率良く、確実に冷却される。
【００７８】
なお、本実施例５においては、通風手段として、一方の冷却器（図１３では冷却器１０６）の外側側面にファン１８１が設けられる。これにより、コンデンサ１３１、パワー半導体モジュール１０１，４０１の冷却効率が向上する。
【００７９】
なお、
【実施例６】
【００８０】
図１４は、本発明の実施例６である電力変換装置の概略構成を示す。上図は、図１ａと同様の背面図であり、下図は、上図のＡ部における配線導体部を示すＡ部斜視図である。
【００８１】
本実施例６においては、板状支持部材１７１の表面からコンデンサ１３１の上面までの高さが、板状支持部材１７１の表面からパワー半導体モジュール上面のＰ，Ｎ端子までの高さよりも高い。また、Ｐ，Ｎ側配線導体１１１，１１２の配線部が、パワー半導体モジュールとの接続部からコンデンサ１３１の高さ方向に立ち上がる側面部（１１１ａ，１１２ａ）を有し、この側面部が、コンデンサ１３１上に位置する矩形状の配線部に連続する。
【００８２】
これにより、電力変換部１００のパワー半導体モジュール１０１および冷却器１０６、電力変換部４００のパワー半導体モジュール４０１および冷却器４０６、側面部（１１１ａ，１１１ｂ）を含むＰ側配線導体１１１およびＮ側配線導体１２１、並びに板状支持部材１７１によって囲まれる空間内が通風路となる。さらに、コンデンサ１３１におけるパワー半導体モジュールの上面から突出する部分の周りが、Ｐ，Ｎ側配線導体１１１，１２１の側面部１１１ａ，１２１ｂで覆われるので、Ｐ側配線導体１１１およびＮ側半線導体１２１と、パワー半導体モジュール１０１，４０１との間の隙間が少なくなるため、通風路を流れる冷却風は、ほぼ途中で洩れることなく、通風路を通り抜ける。従って、コンデンサ１３１を、効率良く、確実に冷却することができる。
【００８３】
なお、本発明は前述した実施例１〜６に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した各実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１００，４００  …  電力変換部
１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１  …  パワー半導体モジュール
１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２  …  Ｎ端子
１０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０３  …  出力端子
１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４  …  Ｐ端子
１０６，４０６  …  冷却器
１０７  …  ソース端子
４０７  …  ドレイン端子
１１１  …  Ｐ側配線導体
１１４，２１４，３１４，４１４，５１４，６１４  …  Ｐ側配線導体端子
１２１  …  Ｎ側配線導体
１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２  …  Ｎ側配線導体端子
１２３  …  上下アーム接続導体
１３１，２３１，３３１  …  コンデンサ
１３２，１３４，２３２，２３４，３３２，３３４  …  コンデンサ端子
１５２，１５４，１５７，２５２，２５４，３５２，３５４  …  ネジ
４５２，４５４，４５７，５５２，５５４，６５２，６５４  …  ネジ
１６１  …  絶縁体
１７１  …  板状支持部材
１７２，１７３  …  熱遮蔽板
１８１，１８２，１８３  …  ファン
１０００  …  電力変換装置
１００１  …  コンバータ回路
１００２  …  インバータ回路
１００９  …  平滑コンデンサ
１１０１  …  三相交流電源
１１０２  …  ブレーカ
１１０３  …  交流リアクトル
１１０５  …  モータ
１２００  …  エレベータ制御装置
１２０１，１２０２  …  駆動回路
１２０３  …  変換器制御装置
１２０４  …  検出装置
１２０５ａ，１２０５ｂ，１２０５ｃ  …  ファン
１３０１  …  主ロープ
１３０２  …  乗りかご
１３０３  …  釣り合い重り
１３０５  …  かごドア
【図１ａ】
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【図１ｂ】
0006457381.tif 000003
【図１ｃ】
0006457381.tif 000004
【図２】
0006457381.tif 000005
【図３ａ】
0006457381.tif 000006
【図３ｂ】
0006457381.tif 000007
【図３ｃ】
0006457381.tif 000008
【図４ａ】
0006457381.tif 000009
【図４ｂ】
0006457381.tif 000010
【図４ｃ】
0006457381.tif 000011
【図５ａ】
0006457381.tif 000012
【図５ｂ】
0006457381.tif 000013
【図５ｃ】
0006457381.tif 000014
【図６ａ】
0006457381.tif 000015
【図６ｂ】
0006457381.tif 000016
【図７】
0006457381.tif 000017
【図８ａ】
0006457381.tif 000018
【図８ｂ】
0006457381.tif 000019
【図９ａ】
0006457381.tif 000020
【図９ｂ】
0006457381.tif 000021
【図９ｃ】
0006457381.tif 000022
【図１０ａ】
0006457381.tif 000023
【図１０ｂ】
0006457381.tif 000024
【図１０ｃ】
0006457381.tif 000025
【図１１】
0006457381.tif 000026
【図１２】
0006457381.tif 000027
【図１３ａ】
0006457381.tif 000028
【図１３ｂ】
0006457381.tif 000029
【図１３ｃ】
0006457381.tif 000030
【図１４】
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