(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換回路と、
複数の穴が端部に設けられた接続部分を含む平板形状の第１の導体と、
ネジ山が刻まれた複数の軸が平板に立てられた状態で溶接された部材であって、前記第１の導体の前記複数の穴に当該複数の軸が挿入された状態で前記電力変換回路と電気的に接続されるようにナットで締結される第１の固定部材と、
前記第１の導体との間に電圧が印加され、複数の穴が端部に設けられた接続部分を含む平板形状で、前記第１の導体と互いに平面で対向させ、前記第１の導体との間の絶縁が確保されるように配置される第２の導体と、
ネジ山が刻まれた複数の軸が平板に立てられた状態で溶接された部材であって、前記第２の導体の前記複数の穴に当該複数の軸が挿入された状態で前記電力変換回路と電気的に接続されるようにナットで締結される第２の固定部材と、を備え、
前記第１の固定部材の前記第２の導体側の平面および前記第２の固定部材の前記第１の導体側の平面は互いに対向するように配置されること、
を特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記第１の導体と前記第２の導体との間に直流電圧が印加されること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第１の導体と前記第２の導体との間に交流電圧が印加されること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第１の導体と前記第２の導体との間に設けられる絶縁体
を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力変換装置に接続され、電圧が印加される２つの導体間をできる限り近接させて、低インダクタンス化を図ることが知られている。電力変換装置を高周波電源として用いる場合、このように低インダクタンス化を図ることで、高周波の漏洩磁束を防止する。
【０００３】
例えば、直流接続導体はお互いに絶縁を確保しながら互いに極力近接させた形で構成し、銅の薄板で導体を構成し、導体間を絶縁フィルムで絶縁したラミネートブスバーを用いるのが好ましいことが開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／０４０９３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電圧が印加される複数の平板形状の接続導体をボルトを用いて固定する場合、接続導体の平面に対して垂直方向にボルトを挿入することになり、ボルトの頭部又は首下などの一部が２つの接続導体間に位置することになる。このため、ボルトを考慮して２つの接続導体間の絶縁距離を確保しなければならず、接続導体間が必要以上に広くなり、低インダクタンス化を妨げることになる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、絶縁距離を確保して、電圧が印加される２つの導体間の低インダクタンス化を図ることができる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の観点に従った電力変換装置は、電力変換回路と、複数の穴が端部に設けられた接続部分を含む平板形状の第１の導体と、前記第１の導体の前記複数の穴に、平板形状の面に設けられた複数の軸が挿入され、前記電力変換回路と電気的に接続されるように固定する第１の固定部材と、前記第１の導体との間に電圧が印加され、複数の穴が端部に設けられた接続部分を含む平板形状で、前記第１の導体と互いに平面で対向させ、前記第１の導体との間の絶縁が確保されるように配置される第２の導体と、前記第２の導体の前記複数の穴に、平板形状の面に設けられた複数の軸が挿入され、前記電力変換回路と電気的に接続されるように固定する第２の固定部材とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、絶縁距離を確保して、電圧が印加される２つの導体間の低インダクタンス化を図ることができる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す構成図。
【図２】本実施形態に係る当て板の構成を示す構成図。
【図３】本実施形態に係る接続導体とコンバータの端子が接続される状態の構成を示す構成図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す構成図。
【図５】本実施形態に係る当て板の構成を示す構成図。
【図６】本実施形態に係る絶縁物の取り付け位置を示す構成図。
【図７】本実施形態に係る絶縁物が取り付けられた状態の側面の構成を示す構成図。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す構成図。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置１の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。
【００１１】
電力変換装置１は、コンバータ２、インバータ３、１組の接続導体４ｐ，４ｎ、４つの当て板５、及び複数のナット６を備える。電力変換装置１は、コンバータ２とインバータ３の直流端子同士を接続導体４ｐ，４ｎで接続したＢＴＢ(back-to-back)変換器である。
【００１２】
当て板５は、図２に示すように、平板形状の導体で長方形の平面に、ナット６が取り付けられるようにネジ山が刻まれた複数の軸５１が溶接された構成である。当て板５は、ナット６とともに、接続導体４ｐ，４ｎとコンバータ２の直流端子２ｐ，２ｎ又はインバータ３の直流端子３ｐ，３ｎと電気的に接続して固定するための部材である。当て板５は、引張強さなどの強度が保たれる範囲内で、平面部分の厚さができる限り薄くされている。具体的には、例えば、当て板５に設けられた軸５１と同径のボルトの強度に必要な最低限の頭部の高さよりも、当て板５の平面部分の厚さは薄くされている。ボルトの強度に必要な最低限の頭部の高さとは、規格等により規定されている引張強さなどの強度を確保するために必要な高さの最小値である。
【００１３】
コンバータ２は、交流側に印加される交流電力を直流電力に変換する電力変換回路を備える。コンバータ２は、変換した直流電力をインバータ３に出力する。なお、直流電力を出力するものであれば、コンバータ２に限らず、他のものでもよい。例えば、発電機又は電池などでもよい。
【００１４】
コンバータ２の端子２ｐ，２ｎは、直流電力が出力される端子である。正極端子２ｐには、直流電圧の正極が印加される。負極端子２ｎには、直流電圧の負極が印加される。端子２ｐ，２ｎの接続部分は、平板形状であり、それぞれの幅広の面が対向するようにコンバータ２に設けられる。端子２ｐ，２ｎのそれぞれの先端の接続部分には、当て板５に設けられた軸５１にそれぞれ対応する穴が設けられる。この穴には、当て板５の軸５１が挿入されるように嵌め込まれる。
【００１５】
インバータ３は、コンバータ２により変換された直流電力を負荷に供給するための交流電力に変換する電力変換回路（インバータ回路）を備える。インバータ３が出力する交流電力は、単相交流でもよいし、三相交流でもよい。インバータ３の端子３ｐ，３ｎは、コンバータ２から出力される直流電力が入力される端子である。正極端子３ｐには、直流電圧の正極が印加される。負極端子３ｎには、直流電圧の負極が印加される。なお、インバータ３の端子３ｐ，３ｎは、コンバータ２の端子２ｐ，２ｎと同様に設けられているため、説明を省略する。
【００１６】
接続導体（直流導体）４ｐ，４ｎには、コンバータ２から出力され、インバータ３に入力される直流電圧が印加される。正極接続導体４ｐには、直流電圧の正極が印加される。負極接続導体４ｎには、直流電圧の負極が印加される。接続導体４ｐ，４ｎは、細長く薄い平板形状である。接続導体４ｐ，４ｎの両方の端部は、それぞれ、コンバータ２の端子２ｐ，２ｎ及びインバータ３の端子３ｐ，３ｎと接続される接続部分である。接続導体４ｐ，４ｎのそれぞれの接続部分には、当て板５に設けられた軸５１に対応する穴が、当て板５を嵌め込むために設けられる。接続導体４ｐ，４ｎは、銅などの導電性の優れた材質であり、表面を絶縁シートで覆うラミネート加工などの電気的な絶縁処理は施されていない。
【００１７】
図３は、本実施形態に係る接続導体４ｐ，４ｎとコンバータ２の端子２ｐ，２ｎが接続される状態の構成を示す構成図である。なお、接続導体４ｐ，４ｎとインバータ３の端子３ｐ，３ｎとの接続方法も同様であるため、説明を省略する。
【００１８】
負極接続導体４ｎの接続部分に設けられた穴に、それぞれ軸５１を挿入するように、当て板５を内側（正極接続導体４ｐ側）から嵌め込む。次に、コンバータ２の負極端子２ｎの接続部分に設けられた穴に、負極接続導体４ｎのそれぞれの穴から飛び出た軸５１がそれぞれ挿入されるように、コンバータ２の負極端子２ｎを負極接続導体４ｎの上（外側）から嵌め込む。
【００１９】
コンバータ２の負極端子２ｎの上から当て板５の軸５１のそれぞれにナット６を嵌める。ナット６をそれぞれ締め付けることで、負極接続導体４ｎとコンバータ２の負極端子２ｎが密着して固定される。これにより、負極接続導体４ｎとコンバータ２の負極端子２ｎが電気的に接続される。正極接続導体４ｐとコンバータ２の正極端子２ｐも同様にして、当て板５及びナット６により、電気的に接続されるように固定される。
【００２０】
接続導体４ｐ，４ｎが電力変換装置１に取り付けられた状態では、印加される直流電圧が絶縁できる絶縁距離を保つ範囲内で、２つの接続導体４ｐ，４ｎの互いに対向する平面ができる限り近接するように配置される。対向する２つの面の間隔Ｗｓは、近ければ近いほど低インダクタンス化が図られる。
【００２１】
ここで、当て板５について説明する。当て板５は、１つの平板形状の導体に、複数の軸５１を溶接することで、引張強さなどの強度を高めている。このように、強度を高めることで、当て板５の平面部分の厚さを薄くすることができる。これに対して、ボルトは、強度を確保するために必要な最低限の寸法があるため、頭部の高さを任意に薄くすることはできない。従って、当て板５の平面部分の厚さは、当て板５に設けられた軸５１と同径のボルトの頭部の高さよりも薄くすることができる。当て板５の平面部分は、取り付けられた状態において、２つの接続導体４ｐ，４ｎの間に位置する。従って、当て板５の平面部分の厚さを薄くすることで、接続導体４ｐ，４ｎの間を極力近接することができる。
【００２２】
本実施形態によれば、当て板５を用いて、接続導体４ｐ，４ｎをそれぞれコンバータ２の端子２ｐ，２ｎ及びインバータ３の端子３ｐ，３ｎに接続することで、２つの接続導体４ｐ，４ｎの絶縁距離を保ち、かつ低インダクタンス化を図ることができる。
【００２３】
これにより、２つの接続導体４ｐ，４ｎの間の絶縁距離が保たれるため、接続導体４ｐ，４ｎにラミネート加工などの絶縁処理を施す必要がない。従って、接続導体４ｐ，４ｎ及び電力変換装置１の製造コストを抑えることができる。
【００２４】
当て板５は、ネジ山が刻まれた複数の軸５１を溶接して取り付けることにより、引張強さなどの強度を必要最低限の値以上に保ちながら、土台となる平面部分の厚さを薄くすることができる。このように、２つの接続導体４ｐ，４ｎの間に位置する当て板５の平面部分の厚さを薄くすることで、２つの接続導体４ｐ，４ｎの間の絶縁に必要な距離を短くすることができる。これにより、２つの接続導体４ｐ，４ｎの間隔Ｗｓを狭くして、低インダクタンス化を図ることができる。従って、当て板５を用いて固定することで、規格化されたボルトで固定するよりも、２つの接続導体４ｐ，４ｎの間隔Ｗｓを狭くすることができ、低インダクタンスにすることができる。
【００２５】
また、電力変換装置１を高周波電源として用いる場合、接続導体４ｐ，４ｎは、周辺への漏洩磁束を小さくするために、電流の往復の経路となる２つの接続導体４ｐ，４ｎをできる限り密着させることが有効である。このような場合、当て板５を用いて、２つの接続導体４ｐ，４ｎを近接させることで、漏洩磁束の少ない高周波電源を実現することができる。
【００２６】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置１Ａの構成を示す構成図である。
【００２７】
電力変換装置１Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る電力変換装置１において、当て板５を当て板５Ａに代え、対向する２つの当て板５Ａの間に絶縁物７を設けたものである。２つの接続導体４ｐ，４ｎの間の幅Ｗｓａは、第１の実施形態に係る幅Ｗｓよりも狭い。その他の点については、電力変換装置１Ａは、第１の実施形態に係る電力変換装置１と同様である。
【００２８】
図５は、本実施形態に係る当て板５Ａの構成を示す構成図である。
【００２９】
当て板５Ａは、図２に示す第１の実施形態に係る当て板５において、長方形状の平面を長手方向に延長させた部分を設け、延長させた部分に絶縁物７を固定するための穴５２を設けたものである。その他の点については、当て板５Ａは、第１の実施形態に係る当て板５と同様である。
【００３０】
絶縁物７は、直流電圧が印加される２つの接続導体４ｐ，４ｎを絶縁するための絶縁体である。２つの接続導体４ｐ，４ｎのそれぞれの内側には、それぞれ当て板５Ａが取り付けられているため、絶縁物７は、対向する２つの当て板５Ａの間に配置されている。
【００３１】
図６は、本実施形態に係る絶縁物７の取り付け位置を示す構成図である。図７は、本実施形態に係る絶縁物７が取り付けられた状態の側面の構成を示す構成図である。図６に示す構成は、図３に示す構成において、当て板５を当て板５Ａに代え、絶縁物７を追加したものである。接続導体４ｐ，４ｎとコンバータ２の端子２ｐ，２ｎ又はインバータ３の端子３ｐ，３ｎとの接続方法については、第１の実施形態と同様である。
【００３２】
絶縁物７は、対向する２つの当て板５Ａの間に位置するように取り付けられる。絶縁物７は、当て板５Ａに設けられた穴５２で留具などにより固定される。なお、絶縁物７は、２つの接続導体４ｐ，４ｎの間に位置すれば、どのように取り付けられていてもよい。例えば、絶縁物７は、対向する２つの当て板５Ａのどちらか一方に取り付けられていてもよいし、両方に取り付けられていてもよいし、支持部材などで接続導体４ｐ，４ｎの間に位置するように支えられているだけでもよい。
【００３３】
本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
【００３４】
２つの接続導体４ｐ，４ｎの間に絶縁物７を設けることで、２つの接続導体４ｐ，４ｎを確実に絶縁できる。また、絶縁物７を設けることにより、２つの接続導体４ｐ，４ｎの間の幅Ｗｓａを、絶縁物７などを何も設けずに絶縁を確保するために最低限必要な距離である空間絶縁距離よりも狭くすることができる。これにより、インダクタンスをさらに低減することができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
図８は、本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｂの構成を示す構成図である。
【００３６】
電力変換装置１Ｂは、インバータ３、１組の接続導体４ｕ，４ｖ、４つの当て板５、及び複数のナット６を備える。電力変換装置１Ｂは、交流負荷８に単相交流電力を供給する。
【００３７】
インバータ３は、入力される直流電力を交流負荷８に供給するための単相交流電力に変換する電力変換回路（インバータ回路）を備える。インバータ３の端子３ｕ，３ｖは、単相交流電力が出力される端子である。Ｕ相端子３ｕには、交流電圧のＵ相が印加される。Ｖ相端子３ｖには、交流電圧のＶ相が印加される。その他の点については、インバータ３の端子３ｕ，３ｖは、第１の実施形態に係るコンバータ２の端子２ｐ，２ｎと同様である。
【００３８】
交流負荷８の端子８ｕ，８ｖは、インバータ３から出力される交流電力が入力される端子である。Ｕ相端子８ｕには、交流電圧のＵ相が印加される。Ｖ相端子８ｖには、交流電圧のＶ相が印加される。なお、交流負荷８の端子８ｕ，８ｖは、インバータ３の端子３ｕ，３ｖと同様に設けられているため、説明を省略する。
【００３９】
接続導体（交流導体）４ｕ，４ｖは、第１の実施形態に係る接続導体（直流導体）４ｐ，４ｎと同様に構成されているため、主に異なる点について説明する。Ｕ相接続導体４ｕには、交流電圧のＵ相が印加される。Ｖ相接続導体４ｖには、交流電圧のＶ相が印加される。接続導体４ｕ，４ｖが電力変換装置１Ｂに取り付けられた状態では、第１の実施形態に係る接続導体４ｐ，４ｎと同様に、印加される交流電圧が絶縁できる絶縁距離を保つ範囲内で、２つの接続導体４ｕ，４ｖの互いに対向する平面ができる限り近接するように配置される。対向する２つの面の間隔Ｗｓｂは、近ければ近いほど低インダクタンス化が図られる。
【００４０】
接続導体４ｕ，４ｖとインバータ３の端子３ｕ，３ｖ又は交流負荷８の端子８ｕ，８ｖとの当て板５及びナット６による接続方法は、図３に示す第１の実施形態で説明した接続方法と同様である。
【００４１】
本実施形態によれば、接続導体４ｕ，４ｖを交流導体として用いることで、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４２】
（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態に係る電力変換装置１Ｃの構成を示す構成図である。
【００４３】
電力変換装置１Ｃは、図８に示す第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｂにおいて、接続導体４ｕ，４ｖの間に、第２の実施形態に係る絶縁物７を設けたものである。２つの接続導体４ｕ，４ｖの間の幅Ｗｓｃは、第３の実施形態に係る幅Ｗｓｂよりも狭い。その他の点については、電力変換装置１Ｃは、第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｂと同様である。
【００４４】
本実施形態によれば、第３の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。
【００４５】
２つの接続導体４ｕ，４ｖの間に絶縁物７を設けることで、２つの接続導体４ｕ，４ｖを確実に絶縁できる。また、絶縁物７を設けることにより、２つの接続導体４ｕ，４ｖの間の幅Ｗｓｃを、第２の実施形態と同様に、空間絶縁距離よりも狭くすることができる。これにより、インダクタンスをさらに低減することができる。
【００４６】
なお、第１の実施形態と第３の実施形態を別々に説明したが、組み合わせてよい。具体的には、インバータ３の直流端子３ｐ，３ｎに第１の実施形態に係る接続導体（直流導体）４ｐ，４ｎを接続し、インバータ３の交流端子３ｕ，３ｖに第３の実施形態に係る接続導体（交流導体）４ｕ，４ｖを接続することで実現できる。同様に、第２の実施形態と第４の実施形態を組み合わせてもよい。また、第１の実施形態と第４の実施形態、又は第２の実施形態と第３の実施形態を組み合わせてもよい。
【００４７】
各実施形態では、接続導体４ｐ，４ｎ，４ｕ，４ｖを印加される極性又は相毎にそれぞれ１つずつとしたが、それぞれが２つ以上であってもよい。例えば、複数の正極接続導体４ｐの接続部分同士を当て板５，５Ａ及びナット６により直列に接続して、正極接続導体４ｐを延長してもよい。他の接続導体４ｎ，４ｕ，４ｖについても同様である。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…電力変換装置、２…コンバータ、３…インバータ、４ｐ，４ｎ…接続導体、５…当て板、６…ナット。
【図１】
0006555168.tif 000002
【図２】
0006555168.tif 000003
【図３】
0006555168.tif 000004
【図４】
0006555168.tif 000005
【図５】
0006555168.tif 000006
【図６】
0006555168.tif 000007
【図７】
0006555168.tif 000008
【図８】
0006555168.tif 000009
【図９】
0006555168.tif 000010