(57)【要約】【課題】ターンオフしたスイッチング素子に印加されるサージ電圧を抑制するため、主回路のインダクタンスを低減するとともに、装置全体を小型、軽量化し、組み立て性の向上した電力変換装置を提供する。【解決手段】交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗと直流電源７の正極端子Ｐ間および負極端子Ｎ間に接続される正側アームと負側アームとを構成する半導体スイッチング素子１〜３、４〜６を冷却板８の両側面に装着し、該半導体スイッチング素子１〜３、４〜６を接続する導体９、１０と該導体９、１０を直流電源７に接続する導体１１とを、ブスバを絶縁物で挟んで重ねた積層ブスバ９〜１１にて構成する。【選択図】図２
2008245451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子と負極端子を有する直流電源と、少なくとも３相分以上の交流端子と前記正極端子間に接続され正側アームを構成する半導体スイッチング素子と、前記交流端子と前記負極端子間に接続され負側アームを構成する半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子を冷却する冷却板とを有し、前記半導体スイッチング素子のオン、オフ動作によって、前記直流電源と交流端子間で電力変換を行う２レベルの電力変換装置において、前記冷却板の一方および他方の面には前記半導体スイッチング素子が装着されており、前記冷却板の一方の面に装着される半導体スイッチング素子に接続する接続導体と、前記冷却板の他方の面に装着される半導体スイッチング素子に接続する接続導体および前記直流電源に接続する接続導体を、ブスバを絶縁物で挟んで重ねた積層ブスバにて構成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
正極端子と負極端子を有する直流電源と、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分の前記交流端子と前記正極端子間に接続され正側アームを構成する半導体スイッチング素子と、前記交流端子と前記負極端子間に接続され負側アームを構成する半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子を冷却する冷却板とを有し、前記半導体スイッチング素子のオン、オフ動作によって、前記直流電源と交流端子間で電力変換を行う３相２レベルの電力変換装置において、前記冷却板の一方および他方の面には、前記半導体スイッチング素子が装着されており、前記冷却板の一方の面に装着される半導体スイッチング素子に接続する接続導体と、前記冷却板の他方の面に装着される半導体スイッチング素子に接続する接続導体および前記直流電源に接続する接続導体を、ブスバを絶縁物で挟んで重ねた積層ブスバにて構成したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
正極端子と負極端子と中間端子を有する直流電源と、正側アームを構成する前記正極端子に接続される半導体スイッチング素子である第１のスイッチング素子と、この第１のスイッチング素子に直列接続され、交流端子に接続される半導体スイッチング素子である第２のスイッチング素子と、前記第１、第２のスイッチング素子の接続点と前記中間端子間に接続される第１の結合ダイオードと、負側アームを構成する前記交流端子に接続される半導体スイッチング素子である第３のスイッチング素子と、この第３のスイッチング素子に直列に接続され、前記負極端子と接続される半導体スイッチング素子である第４のスイッチング素子と、前記第３、第４のスイッチング素子の接続点と前記中間端子間に接続される第２の結合ダイオードを有するとともに、前記第１〜第４のスイッチング素子および第１、第２の結合ダイオードを冷却する冷却板を備え、前記スイッチング素子のオン、オフ動作により、前記交流端子に前記直流電源の正極端子、中間端子および負極端子の３レベルの電位を出力する３レベル電力変換装置であって、前記冷却板の一方の面には、前記第１、第２のスイッチング素子と前記第１の結合ダイオードが装着されるとともに、他方の面には、前記第３、第４のスイッチング素子と前記第２の結合ダイオードが装着されており、前記スイッチング素子、結合ダイオード、直流電源間を接続する接続導体は、ブスバを絶縁物で挟んで重ねた積層ブスバにて構成し、前記第１、第２のスイッチング素子と前記第１の結合ダイオードに接続される積層ブスバと、前記第３、第４のスイッチング素子と第２の結合ダイオードに接続される積層ブスバと直流電源に接続される積層ブスバはそれぞれ別個の積層ブスバとしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項２に記載の２レベル電力変換装置と請求項３に記載の３レベル電力変換装置を、前記それぞれの電力変換装置に設けてある冷却板が平行になるように配置するとともに、直流電源と接続される積層ブスバが前記電力変換装置の母線となるよう接続されていることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記冷却板の一方の面には、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のうち、１相分の正側アーム／負側アームを構成する半導体スイッチング素子と、他の２相のいずれか１相の正側アームを構成する半導体スイッチング素子を装着するとともに、前記冷却板の他方の面には、前記他の２相のいずれか１相の正側アームと同じ相の負側アームを構成する半導体スイッチング素子と、残りの１相の正側アーム／負側アームを構成する半導体スイッチング素子を装着することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記冷却板の一方の面には、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分の正側アームを構成する半導体スイッチング素子を装着するとともに、前記冷却板の他方の面には、前記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相分の負側アームを構成する半導体スイッチング素子を装着することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記冷却板の一方の面に装着される前記いずれか１相の正側アームを構成する半導体スイッチング素子と、前記冷却板の他方の面に装着される前記いずれか１相の正側アームと同じ相の負側アームを構成する半導体スイッチング素子を、前記直流電源に最も近く配置することを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記冷却板の一方の面に装着された正側アームを構成する半導体スイッチング素子の内で、前記直流電源から最も遠く離れて配置された半導体スイッチング素子の相と同じ相で冷却板の他方の面に装着された負側アームを構成する半導体スイッチング素子を、前記直流電源の最も近くに配置するとともに、前記正側アームを構成する半導体スイッチング素子の内で、前記直流電源に最も近くに配置された半導体スイッチング素子の相と同じ相で前記負側アームを構成する半導体スイッチング素子を、前記直流電源から最も遠く離れて配置することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記接続導体をそれぞれ別個の積層ブスバとしたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記半導体スイッチング素子には複数の電極端子が設けられており、前記積層ブスバに流れる電流の向きと、前記複数の電極端子の並びの向きとが、ほぼ直角となるよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記半導体スイッチング素子および前記結合ダイオードには複数の電極端子が設けられており、前記積層ブスバに流れる電流の向きと、前記複数の電極端子の並びの向きとが、ほぼ直角となるよう構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記冷却板に装着された正側／負側アームの各スイッチング素子の、前記直流電源に対する配置は、直流電源から最も遠く離れた個所に、前記正側アームの内の前記第１のスイッチング素子または前記第１の結合ダイオードのいずれか１つを設置し、前記第１のスイッチング素子を直流電源から最も遠く離れた個所に配置した場合には、冷却板を介して前記第１のスイッチング素子に対向して配置される負側アームの素子には、前記第４のスイッチング素子を設置し、また直流電源から最も遠く離れた個所に前記正側アームの内の前記第１の結合ダイオードを設置した場合には、冷却板を介して前記第１の結合ダイオードに対向して配置される負側アームの素子には、第２の結合ダイオードを設置することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力用半導体素子を用いた電力変換装置に係わり、特に主回路のインダクタンスを低減しつつ、小型、軽量化した電力変換装置に関わるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電力変換装置として、例えば特許文献１に示されたものがある。この文献１は、３相２レベルの電力変換装置に関するものであり、冷却器の片面にＵ、Ｖ、Ｗ相の正側アームのスイッチング素子を、冷却器の逆の面にＵ、Ｖ、Ｗ相の負側アームのスイッチング素子を取り付けており、正側アームに接続される導体と負側アームに接続される導体とを、冷却器の表裏で対称となる形状で、かつ両者の端部が近接する構成が示されている。
【０００３】
別の従来の電力変換装置として、特許文献２に示された２ベルの電力変換装置があり、片アームが３個のスイッチング素子を直列接続した構成となっている。正側アームと負側アームのスイッチング素子は、冷却板への取り付け面が対向するよう配置され、各スイッチング素子に冷却板が取り付けられている。またスイッチング素子の電気的接続にはブスバを絶縁物で挟んで重ねたいわゆる積層ブスバが用いられている。
【０００４】
さらに別の従来の電力変換装置の構成として、特許文献３に示されたものがある。同文献は３レベル電力変換装置に関するものであり、その図１に示されているように冷却板の片面に、正側アームを構成する第１、第２のスイッチング素子と第１の結合ダイオードを装着し、逆の面に負側アームを構成する第３、第４のスイッチング素子と第２の結合ダイオードを装着している。各スイッチング素子、結合ダイオード、直流電源であるコンデンサとの電気的接続は、ブスバを絶縁物で挟んで重ねた積層ブスバを用いており、この積層ブスバは概略全体として「コの字状」になるよう構成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−１３１９７８号公報
【特許文献２】ＵＳＰ５８３５３６２号公報
【特許文献３】特開平１０−２０１２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記に示したようなスイッチング素子のオン、オフによって直流−交流等の電力変換を行う電力変換装置では、スイッチング素子をターンオフした際にターンオフ時の電流変化と主回路のインダクタンスによって、ターンオフした素子にサージ電圧が印加される。サージ電圧が高いと素子破壊に至る可能性もあり、この抑制が必要とされる。サージ電圧は主回路のインダクタンスに応じて高くなるため、インダクタンスの抑制がサージ電圧の低減に効果的である。また、装置全体の小型化、軽量化や、製造性、組み立て性も考慮した構成が求められる。
【０００７】
特許文献１に示された電力変換装置では、直流電源に接続されるブスバ（Ｈ、Ｌ）と、正側アームと負側アームを接続し、交流端子（Ｕ、Ｖ、Ｗ）へ出力するブスバは積層されていない。そのため、サージ電圧に問題となる正側直流電源−正側スイッチング素子−交流端子−負側スイッチング端子−負側直流電源のループが大きくなり、インダクタンスが大きくなるという問題がある。
【０００８】
特許文献２に示された電力変換装置ではＰ側、Ｎ側電源に接続されるブスバ、上下アーム間を接続するブスバは絶縁層を挟んで重ねた積層ブスバを用いており、インダクタンス的には小さく構成されると思われる。しかし、１相分のみの構成が示されており、３相として使用する場合の構成は示されていない。単に同じものを３個用いて３相分を構成することは可能であるが装置全体の大型化や、冷却板が多数必要となるといった問題がある。
【０００９】
特許文献３に示された電力変換装置は、特許文献２と同様に、Ｐ側、Ｎ側電源であるコンデンサとの接続や、上下アームを接続するブスバは絶縁物を挟んで重ねた積層ブスバを用いており、インダクタンス的には小さくなると思われる。しかし、コの字状のブスバは製造し難く、また、組み立て性が悪いといった問題がある。また、この特許文献３に示された構成では２相、３相分を構成する際に、全体が大きくなるという問題もある。
【００１０】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、主回路インダクタンスを低減し、サージ電圧を抑制するとともに、装置全体を小型、軽量化し、さらに、製造性、組み立て性の良い電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明に係わる電力変換装置は、正極端子と負極端子を有する直流電源と、少なくとも３相分以上の交流端子と正極端子間に接続され正側アームを構成する半導体スイッチング素子と、交流端子と負極端子間に接続されて負側アームを構成する半導体スイッチング素子と、半導体スイッチング素子を冷却する冷却板とを有し、半導体スイッチング素子のオン、オフ動作によって、直流電源と交流端子間で電力変換を行う２レベルの電力変換装置において、冷却板の一方および他方の面には半導体スイッチング素子が装着されており、冷却板の一方の面に装着される半導体スイッチング素子に接続する接続導体と、冷却板の他方の面に装着される半導体スイッチング素子に接続する接続導体および直流電源に接続する接続導体を、ブスバを絶縁物で挟んで重ねた積層ブスバにて構成したものである。
【００１２】
第２の発明に係る電力変換装置は、正極端子と負極端子と中間端子を有する直流電源と、正側アームを構成する正極端子に接続される半導体スイッチング素子である第１のスイッチング素子と、この第１のスイッチング素子に直列接続され、交流端子に接続される半導体スイッチング素子である第２のスイッチング素子と、第１、第２のスイッチング素子の接続点と中間端子間に接続される第１の結合ダイオードと、負側アームを構成する交流端子に接続される半導体スイッチング素子である第３のスイッチング素子と、この第３のスイッチング素子に直列に接続され、負極端子と接続される半導体スイッチング素子である第４のスイッチング素子と、第３、第４のスイッチング素子の接続点と中間端子間に接続される第２の結合ダイオードを有するとともに、第１〜第４のスイッチング素子および第１、第２の結合ダイオードを冷却する冷却板を備え、スイッチング素子のオン、オフ動作により、交流端子に直流電源の正極端子、中間端子および負極端子の３レベルの電位を出力する３レベル電力変換装置であって、冷却板の一方の面には、第１、第２のスイッチング素子と第１の結合ダイオードが装着されるとともに、他方の面には、第３、第４のスイッチング素子と第２の結合ダイオードが装着されており、スイッチング素子、結合ダイオード、直流電源間を接続する接続導体は、ブスバを絶縁物で挟んで重ねた積層ブスバにて構成し、第１、第２のスイッチング素子と第１の結合ダイオードに接続される積層ブスバと、第３、第４のスイッチング素子と第２の結合ダイオードに接続される積層ブスバと直流電源に接続される積層ブスバはそれぞれ別個の積層ブスバとしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明に係る電力変換装置は、冷却板の一方および他方の面には半導体スイッチング素子が装着されており、冷却板の一方の面に装着される半導体スイッチング素子に接続する接続導体と、冷却板の他方の面に装着される半導体スイッチング素子に接続する接続導体および直流電源に接続する接続導体を、ブスバを絶縁物で挟んで重ねた積層ブスバにて構成しているので、主回路のインダクタンスを低減することができ、かつ装置全体を小型、軽量化し、さらにブスバの製造性の工場、組み立て性の良い２レベルの電力変換装置を得ることができるという効果がある。
【００１４】
第２の発明に係る電力変換装置は、冷却板の一方の面には、第１、第２のスイッチング素子と第１の結合ダイオードが装着されるとともに、他方の面には、第３、第４のスイッチング素子と第２の結合ダイオードが装着されており、スイッチング素子、結合ダイオード、直流電源間を接続する接続導体は、ブスバを絶縁物で挟んで重ねた積層ブスバにて構成し、第１、第２のスイッチング素子と第１の結合ダイオードに接続される積層ブスバと、第３、第４のスイッチング素子と第２の結合ダイオードに接続される積層ブスバと直流電源に接続される積層ブスバはそれぞれ別個の積層ブスバとしたものであるので、前記第１の発明と同様に、主回路のインダクタンスを低減し、装置の小型、軽量化、製造性、組み立て性の向上した３レベルの電力変換装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１に本実施の形態１にて構成する電力変換装置の回路を示す。本実施の形態１は正極（Ｐ）、負極（Ｎ）の２つの電位を有する直流と交流間の変換に用いられる２レベル電力変換装置に関わるもので、交流側がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相を有する場合を示している。なお、以下、全ての実施例において、スイッチング素子としてＩＧＢＴモジュールを用いているがトランジスタやＭＯＳＦＥＴなど、スイッチング機能を有する半導体素子であれば構成可能である。
Ｕ相の正極（Ｐ）と負極（Ｎ）間には正側アームのスイッチング素子であるＩＧＢＴモジュール１と、負側アームのスイッチング素子であるＩＧＢＴモジュール２が、Ｖ相の正極（Ｐ）と負極（Ｎ）間には正側アームのスイッチング素子であるＩＧＢＴモジュール３と、負側アームのスイッチング素子であるＩＧＢＴモジュール４が、Ｗ相の正極（Ｐ）と負極（Ｎ）間には正側アームのスイッチング素子であるＩＧＢＴモジュール５と、負側アームのスイッチング素子であるＩＧＢＴモジュール６が直列に接続され、正極（Ｐ）に接続されたＩＧＢＴモジュール１、３、５と負極（Ｎ）に接続されたＩＧＢＴモジュール２、４、６の接続点は交流（Ｕ、Ｖ、Ｗ）側にそれぞれ接続されている。コンデンサ７は直流電源を構成し、正極（Ｐ）、負極（Ｎ）を出力する端子を備え、半導体スイッチング素子のオン、オフ動作によって、前記直流電源と交流端子間で電力変換を行う。
【００１６】
図２に本実施の形態１の前記図１の回路にて示した３相分の２レベルユニット１００を示している。
冷却板８の一方の面にはＵ相のＩＧＢＴモジュール１、ＩＧＢＴモジュール２とＶ相の正側アームのＩＧＢＴモジュール３が、他方の面にはＶ相の負側アームのＩＧＢＴモジュール４が冷却板８を介して前記モジュール３に対向して設けられ、Ｗ相のＩＧＢＴモジュール５が前記モジュール２に対向し、ＩＧＢＴモジュール６が前記モジュール１に対向して装着されている。冷却板８はモジュール１〜６の発熱を外部に放出するためのもので、一般に液体の循環や沸騰等を利用したものが用いられるが、モジュールの発熱を外部に放出する機能があれば他の方式であっても良い。冷却板の一方の面に接続されたＩＧＢＴモジュール１、２、３は積層ブスバ９に電気的に接続され、他方の面に接続されたＩＧＢＴモジュール４、５、６は積層ブスバ１０に接続されている。
【００１７】
ＩＧＢＴモジュール１〜６、冷却板８、および、積層ブスバ９、１０により２レベルユニット１００が構成される。積層ブスバ９、１０間、直流電源を構成するコンデンサ７間は積層ブスバ１１によって電気的に接続される。積層ブスバは平面状の導体を形成して作られたブスバを絶縁物を挟んで重ねたものである。また、Ｕ相、Ｗ相の交流側へは積層ブスバ９、１０より、Ｖ相については積層ブスバ９、１０と積層ブスバ１１の接続部より、出力される。
【００１８】
積層ブスバの接続について図３、４を用いて詳しく説明する。図３は積層ブスバ９、１０の接続を説明するための斜視図で、ブスバ間を離して記載している。なお、以下、全ての積層ブスバには図示していないがブスバ間には絶縁物が設けられ、互いに絶縁されている。また、ブスバに設けられた大きな開孔部は隣接するブスバの接続部との絶縁のためであり、小さな開孔部は接続用のもので、図示していないが実際にはボルト等により締結される。積層ブスバ９はブスバ１２、１３、１４、１５を重ねて構成している。ブスバ１２はＶ相交流側（Ｖ）に接続されるブスバでＶ相のＩＧＢＴモジュール３のエミッタ電極（Ｅｖｐ）に接続される。ブスバ１３はＵ相の交流側（Ｕ）に接続されるブスバでＩＧＢＴモジュール１のエミッタ電極（Ｅｕｐ）、ＩＧＢＴモジュール２のコレクタ電極（Ｃｕｎ）に接続される。ブスバ１４は正極（Ｐ）に接続されるブスバでＵ相のＩＧＢＴモジュール１のコレクタ電極（Ｃｕｐ）、Ｖ相のＩＧＢＴモジュール３のコレクタ電極（Ｃｖｐ）に接続される。ブスバ１５は負極（Ｎ）に接続されるブスバでＵ相のＩＧＢＴモジュール２のエミッタ電極（Ｅｕｎ）に接続されている。積層ブスバ１０はブスバ１６、１７、１８、１９を重ねて構成される。ブスバ１６は正極（Ｐ）に接続されるブスバでＷ相ＩＧＢＴモジュール５のコレクタ電極（Ｃｗｐ）に、ブスバ１７は負極（Ｎ）に接続されるブスバでＶ相ＩＧＢＴモジュール４のエミッタ電極（Ｅｖｎ）、Ｗ相のＩＧＢＴモジュール６のエミッタ電極（Ｅｗｎ）に、ブスバ１８はＷ相の交流側（Ｗ）に接続されるブスバでＩＧＢＴモジュール５のエミッタ電極（Ｅｗｐ）、ＩＧＢＴモジュール６のコレクタ電極（Ｃｗｎ）に、ブスバ１９はＶ相の交流側（Ｖ）に接続されるブスバでＩＧＢＴモジュール４のコレクタ電極（Ｃｖｎ）に、それぞれ接続される。
【００１９】
図４は積層ブスバ９、積層ブスバ１０に接続される積層ブスバ１１の構成を説明するための斜視図で、ブスバ間を離して記載している。積層ブスバ１１はブスバ２０、２１、２２を重ねて構成される。ブスバ２０は積層ブスバ９、１０の正極接続部（Ｐ）に、ブスバ２１は負極接続部（Ｎ）に接続される。また、図２に示したように、ブスバ２０とブスバ２１はコンデンサ７の正極（Ｐ）、負極（Ｎ）に接続される。ブスバ２２は積層ブスバ９と積層ブスバ１０の交流接続部（Ｖ）間を接続するブスバであり、図２に示すようにＶ相交流側（Ｖ）へ出力される。なお、図２では積層ブスバ９、１０とブスバ１１のＶ相交流接続部より交流（Ｖ）へ出力しているが、別途、ブスバ２２に交流（Ｖ）へ出力する端子を設けても良い。
【００２０】
次に本構成により主回路インダクタンスを抑制できることを説明する。主回路インダクタンスが大きいとターンオフに伴い発生するサージ電圧が高くなるため、主回路インダクタンスの抑制は大きな課題となる。スイッチング素子をターンオフする場合、電流はダイオードに転流して流れる。サージ電圧は電流変化率に伴い発生するため、電流が変化する経路、すなわち、ターンオフ前には電流が流れていたが、ターンオフ後に流れなくなった経路と、ターンオフ後に電流が流れ出した経路をつないだループ（以後、転流ループと呼ぶ）のインダクタンスを抑制することが必要である。
図５に３相２レベル電力変換装置の転流ループを示す。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の転流ループを（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で示している。２レベル電力変換装置において正側アームのＩＧＢＴモジュール１、３、５をターンオフし、負側アームのＩＧＢＴモジュール２、４、６のダイオードに転流した場合、図に矢印で示すＩＧＢＴモジュール１、３、５→コンデンサ７→ＩＧＢＴモジュール２、４、６→ＩＧＢＴモジュール１、３、５の転流ループでサージ電圧が発生する。そのため、この転流ループのインダクタンスを抑制する必要がある。負側アームのＩＧＢＴモジュール２、４、６をターンオフした場合も、モジュール内部でＩＧＢＴを通るかダイオードを通るか、サージが印加されるＩＧＢＴモジュールが正側か負側かの違いはあるが、モジュールの外側の接続回路のループは同じである。
【００２１】
図６に本実施の形態１における転流ループを示す。図６は積層ブスバの平面と平行な方向より見た概略図で転流ループを太線で示している。積層ブスバの平面と平行な方向より見た場合、積層ブスバと積層ブスバの接続部（Ｊ部）が重なるため、太線で示した転流ループではずらして記載している。図６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応し、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相の転流ループを示している。インダクタンスを減らすためにはこのループの面積を極力小さくすることが必要である。本構成では、ブスバに積層ブスバを用い、電流が近接したブスバ間を流れるため、ループの面積は小さくなり、インダクタンスが抑制されることが判る。
また、図６より判るようにＵ相１、２とＷ相５、６は正側アームのＩＧＢＴモジュールと負側アームのＩＧＢＴモジュールが隣接しており、ＩＧＢＴモジュール間のインダクタンスを小さくできる。しかし、Ｖ相３、４は正側アームと負側アームのＩＧＢＴモジュールが離れており、さらに、正側アームと負側アームのＩＧＢＴモジュール間の接続はインダクタンスが大きくなりやすい積層ブスバと積層ブスバの接続部（Ｊ部）を２回通るため、ＩＧＢＴモジュール間のインダクタンスが大きくなる。そのため、Ｖ相のＩＧＢＴモジュール３、４を図６に示す接続部（Ｊ部）に最も近い位置に配置することにより、ループ長を短くし、インダクタンスを抑制し、Ｕ相、Ｗ相とインダクタンスの差を小さくすることができる。
【００２２】
なお、図４に示した構成では積層ブスバ９、１０と積層ブスバ１１の接続部（Ｐ）、（Ｎ）、（Ｖ）をそれぞれ一カ所にて接続しているが、接続点数を多くすることにより、インダクタンスを低減することが可能である。
また、本実施の形態１ではスイッチング素子としてコレクタ電極、エミッタ電極をそれぞれ３個持つＩＧＢＴモジュールを用いている。このような複数の電極端子を持つモジュールを用いる場合、ブスバのインダクタンスや抵抗が電極端子間で異なると、ある電極端子に電流が集中し、ロスの増加や場合によってはスイッチング時や短絡時に破壊に至る可能性がある。本構成においてはブスバに流れる電流の向きが、図２に示す複数ある電極端子９０の配置の並びの向きと概略、直角であるため、インダクタンスや抵抗の差が小さく、電極端子９０間でほぼ均等に電流を流すことができる。なお、ここでは電極端子９０が３個の場合を示したが、１個の場合でも構成可能であるし、３個以外の複数であっても良い。
【００２３】
以上のような構成により、１枚の冷却板８の両面に３相分のＩＧＢＴモジュール１〜６を装着したため、モジュールの実装密度が上がり、装置全体を小型、軽量化することができる。また、ＩＧＢＴモジュール間、ＩＧＢＴモジュールと直流電源間は積層ブスバで接続したため、インダクタンスを小さく構成できる。また、この実施の形態１ではモジュール３、４に相当する、正側アームのＩＧＢＴモジュールが冷却板の一方の面に、負側アームのＩＧＢＴモジュールが冷却板の他方の面に装着された相のＩＧＢＴモジュールを直流電源の最も近くに装着したため、インダクタンスを抑制し、相間のインダクタンス差を小さくすることができる。また、モジュールの電極端子が複数ある場合、ブスバに流れる電流の向きと複数ある電極端子配置の並びの向きとを概略、直角としたため、電極端子間での流れる電流をほぼ均等化することができる。
なお、ここでは３相２レベル電力変換装置の例を示したが、他の電力変換装置と組み合わせる場合、例えば３相２レベル電力変換装置を２個組み合わせて交流−直流−交流の変換を行う場合には直流電源に接続される積層ブスバを母線として２レベルユニットを重ねて配置すれば良く、モジュールの実装密度が上がり、装置全体を小型軽量化することができる。なお、この実施の形態１ではＵ、Ｖ、Ｗ３相の場合について述べたが、３相以上の複数相であっても適用可能である。
【００２４】
実施の形態２．
次に実施の形態２について説明する。
図７に実施の形態２における２レベルユニット１０１の構成を示す。本実施の形態２も、実施の形態１と同様、３相２レベル電力変換装置に関わるものであり、図１の回路を構成する。実施の形態１では冷却板８の一方の面にＵ相ＩＧＢＴモジュール１、２とＶ相正側アームのＩＧＢＴモジュール３が、他方の面にＶ相負側アームのＩＧＢＴモジュール４とＷ相ＩＧＢＴモジュール５、６が装着されていたが、本構成では、冷却板８の一方の面にＵ、Ｖ、Ｗ相の正側アームのＩＧＢＴモジュール１、３、５が、冷却板の他方の面にＵ、Ｖ、Ｗ相の負側アームのＩＧＢＴモジュール２、４、６が冷却板８を介して、前記モジュール５、３、１にそれぞれ対向して装着されている。ＩＧＢＴモジュール１、３、５は積層ブスバ２３により電気的に接続され、ＩＧＢＴモジュール２、４、６は積層ブスバ２４により電気的に接続される。ＩＧＢＴモジュール１〜６、冷却板８、および、積層ブスバ２３、２４により２レベルユニット１０１が構成される。積層ブスバ２３と積層ブスバ２４は積層ブスバ２５と接続され、積層ブスバ２５は直流電源を構成するコンデンサ７と接続されている。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流側へは積層ブスバ２３、２４と積層ブスバ２５の接続部（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）より、出力される。
【００２５】
積層ブスバの接続について図８、９を用いて詳しく説明する。図８は積層ブスバ２３、２４の接続を説明するための斜視図で、ブスバ間を離して記載している。積層ブスバ２３はブスバ２６、２７、２８、２９を重ねて構成される。ブスバ２６は正極（Ｐ）に接続されるブスバでＵ、Ｖ、Ｗ相の正側アームのＩＧＢＴモジュール１、３、５のコレクタ電極（Ｃｕｐ）、（Ｃｖｐ）、（Ｃｗｐ）と接続される。ブスバ２７、２８、２９は交流側（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）と接続されるブスバでＵ、Ｖ、Ｗ相の正側アームのＩＧＢＴモジュール１、３、５のエミッタ電極（Ｅｕｐ）、（Ｅｖｐ）、（Ｅｗｐ）とそれぞれ接続される。積層ブスバ２４はブスバ３０、３１、３２、３３を重ねて構成される。ブスバ３０、３１、３２は交流側（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）と接続されるブスバでＵ、Ｖ、Ｗ相の負側アームのＩＧＢＴモジュール２、４、６のコレクタ電極（Ｃｕｎ）、（Ｃｖｎ）、（Ｃｗｎ）とそれぞれ、接続される。ブスバ３３は負極（Ｎ）に接続されるブスバでＵ、Ｖ、Ｗ相の負側アームのＩＧＢＴモジュール２、４、６のエミッタ電極（Ｅｕｎ）、（Ｅｖｎ）、（Ｅｗｎ）と接続される。
【００２６】
図９は積層ブスバ２３、積層ブスバ２４に接続される積層ブスバ２５の構成を説明するための斜視図で、ブスバ間を離して記載している。積層ブスバ２５はブスバ３４、３５、３６、３７、３８を重ねて構成される。ブスバ３４、３５、３６は積層ブスバ２３と積層ブスバ２４の交流接続部（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）間を接続するブスバで、図７に示すように交流（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）へと出力される。なお、図７では積層ブスバ２３、２４と積層ブスバ２５の接続部より交流（Ｕ）、（Ｖ）、（Ｗ）へ出力しているが、別途、ブスバ３４、３５、３６に交流へ出力する端子を設けても良い。ブスバ３７は積層ブスバ２４の負極接続部（Ｎ）と接続され、ブスバ３８は積層ブスバ２３の正極接続部（Ｐ）と接続される。また、図７に示すようにブスバ３８はコンデンサ７の正極（Ｐ）側に、ブスバ３７は負極（Ｎ）側に接続される。
【００２７】
図１０に本実施の形態２における転流ループを示す。図は積層ブスバの平面と平行な方向より見た概略図で転流ループを太線で示している。図１０の（ａ）はＵ相、（ｂ）はＶ相、（ｃ）はＷ相の転流ループである。本実施の形態２においても、ブスバに積層ブスバを用い、電流が近接したブスバ間を流れるため、ループの面積は小さくなり、インダクタンスが抑制されることが判る。また、本構造では冷却板８に装着されるＩＧＢＴモジュール１〜６の配置は、その所定位置として正側アームをコンデンサ７側から遠い方よりＵ相、Ｖ相、Ｗ相とし、負側アームをコンデンサから遠い方よりＷ相、Ｖ相、Ｕ相としているため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相で接続回路のループ長が概略同程度になり、インダクタンスをほぼ同程度にすることができる。正極側、負極側ともコンデンサ７より遠い側より、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順に配置して、構成することも可能であるが、その場合にはインダクタンスに差が生じ、Ｕ相のインダクタンスが大きく、Ｗ相のインダクタンスが小さくなる。
【００２８】
以上のような構成により、１枚の冷却板８に３相分のＩＧＢＴモジュール１〜６を装着したため、モジュールの実装密度が上がり、装置全体を小型、軽量化することができる。また、ＩＧＢＴモジュール間、ＩＧＢＴモジュールと直流電源間は積層ブスバで接続したため、インダクタンスを小さく構成できる。また、正側アームのＩＧＢＴモジュールが直流電源より最も遠い相の負側アームのＩＧＢＴモジュールを直流電源の最も近くに配置し、正側アームのＩＧＢＴモジュールが直流電源の最も近くに配置された相の負側アームのＩＧＢＴモジュールを直流電源の最も遠くに配置したため、インダクタンスの増加を抑え、相間のインダクタンス差を小さくすることができる。また、本実施の形態２においてもモジュールの電極端子９０が複数ある場合、ブスバに流れる電流の向きと複数ある電極端子配置の並びの向きとを概略、直角としたため、電極端子間での流れる電流をほぼ均等化することができる。さらに、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相の場合について述べたが、３相に限らず複数相の場合にも適用可能である。また、他の電力変換装置と組み合わせる場合、例えば３相２レベル電力変換装置を２個組み合わせて交流−直流−交流の変換を行う場合には直流電源に接続される積層ブスバを母線として２レベルユニットを重ねて配置すれば良く、モジュールの実装密度が上がり、装置全体を小型、軽量化することができる。
【００２９】
実施の形態３．
次に実施の形態３について説明する。
図１１に本実施の形態３にて構成する電力変換装置の１相分の回路図を示す。本実施の形態３は正極（Ｐ）、負極（Ｎ）、中間電位（Ｃ）の３つの電位を有する直流と交流間の変換に用いられる３レベル電力変換装置に関わるものである。
正極（Ｐ）と負極（Ｎ）間には正側アームを構成する第１のスイッチング素子であるＩＧＢＴモジュール３９、第２のスイッチング素子であるＩＧＢＴモジュール４０、負側アームを構成する第３のスイッチング素子であるＩＧＢＴモジュール４１、第４のスイッチング素子であるＩＧＢＴモジュール４２が直列に接続され、ＩＧＢＴモジュール４０とＩＧＢＴモジュール４１の接続点は交流端子（ＡＣ）に接続されている。また、ＩＧＢＴモジュール３９とＩＧＢＴモジュール４０の接続点と中間電位（Ｃ）間には正側アームの半導体素子である第１の結合ダイオードモジュール４３が接続され、ＩＧＢＴモジュール４１とＩＧＢＴモジュール４２の接続点と中間電位（Ｃ）間には負側アームの半導体素子である第２の結合ダイオードモジュール４４が接続されている。コンデンサ４５、コンデンサ４６は直列に接続され、直流電源を構成し、正極（Ｐ）、負極（Ｎ）、中間電位（Ｃ）を出力する。
【００３０】
図１２に本実施の形態３である３レベルユニット２００の構成を示す。正側アームを構成する第１のＩＧＢＴモジュール３９、第１の結合ダイオードモジュール４３、第２のＩＧＢＴモジュール４０が冷却板８の一方の面に、負側アームを構成する第３のＩＧＢＴモジュール４１、第２の結合ダイオードモジュール４４、第４のＩＧＢＴモジュール４２が前記モジュール４０、４３、３９に対向して冷却板８の他方の面に装着されている。冷却板８は実施の形態１同様、モジュールの発熱を外部に放出するためのものである。冷却板８の一方の面に装着されたＩＧＢＴモジュール３９、４０、結合ダイオードモジュール４３は積層ブスバ４８に電気的に接続され、他方の面に装着されたＩＧＢＴモジュール４１、４２、結合ダイオードモジュール４４は積層ブスバ４９に接続される。ＩＧＢＴモジュール３９〜４２、結合ダイオードモジュール４３、４４、および、積層ブスバ４８、４９により、３レベルユニット２００が構成される。積層ブスバ４８、４９間、直流電源を構成するコンデンサ４５、４６間は積層ブスバ５０によって電気的に接続される。また、積層ブスバ４８、積層ブスバ４９と積層ブスバ５０の接続部は交流側（ＡＣ）へ接続されている。
【００３１】
積層ブスバの接続について図１３、１４を用いて詳しく説明する。図１３は積層ブスバ４８、４９の接続を説明するための斜視図で、ブスバ間を離して記載している。積層ブスバ４８はブスバ５１、５２、５３、５４を重ねて構成される。ブスバ５１は交流（ＡＣ）側に接続されるブスバでＩＧＢＴモジュール４０のエミッタ電極（Ｅ２）に接続される。ブスバ５２はＩＧＢＴモジュール３９のエミッタ電極（Ｅ１）、結合ダイオードモジュール４３のカソード電極（Ｋ１）、ＩＧＢＴモジュール４０のコレクタ電極（Ｃ２）間を接続する。ブスバ５３は正極（Ｐ）に接続されるブスバでＩＧＢＴモジュール３９のコレクタ電極（Ｃ１）に、ブスバ５４は中間電位（Ｃ）に接続されるブスバで結合ダイオードモジュール４３のアノード電極（Ａ１）にそれぞれ接続される。積層ブスバ４９はブスバ５５、５６、５７、５８を重ねて構成される。ブスバ５５は中間電位（Ｃ）に接続されるブスバで結合ダイオードモジュール４４のカソード電極（Ｋ２）に、ブスバ５６は負極（Ｎ）に接続されるブスバでＩＧＢＴモジュール４２のエミッタ電極（Ｅ４）に接続される。ブスバ５７はＩＧＢＴモジュール４１のエミッタ電極（Ｅ３）、結合ダイオードモジュール４４のアノード電極（Ａ２）、ＩＧＴＢモジュール４２のコレクタ電極（Ｃ４）間を接続する。ブスバ５８は交流（ＡＣ）側に接続されるブスバでＩＧＢＴモジュール４１のコレクタ電極（Ｃ３）に接続される。
【００３２】
図１４は積層ブスバ４８、積層ブスバ４９に接続される積層ブスバ５０の構成を説明するための斜視図で、ブスバ間を離して記載している。積層ブスバ５０はブスバ５９、６０、６１、６２を重ねて構成される。ブスバ５９は積層ブスバ４８の正極接続部（Ｐ）と接続され、ブスバ６０は積層ブスバ４８と積層ブスバ４９の中間電位接続部（Ｃ）と接続され、ブスバ６１は積層ブスバ４９の負極接続部（Ｎ）と接続される。また、図１２に示すようにブスバ５９はコンデンサ４５の正極（Ｐ）側に、６０はコンデンサ４５とコンデンサ４６の接続部である中間電位（Ｃ）に、ブスバ６１はコンデンサ４６の負極（Ｎ）側に接続される。ブスバ６２は積層ブスバ４８と積層ブスバ４９の交流接続部（ＡＣ）間を接続するブスバで、図１２に示すように交流（ＡＣ）へと出力される。なお、図１２では積層ブスバ４８、４９とブスバ６２の交流接続部を交流端子として交流（ＡＣ）へ出力しているが、別途、ブスバ６２に交流（ＡＣ）へ出力する端子を設けても良い。
なお、ここでは１相分の構成を示したが、２相、３相分を構成する場合には直流電源４５、４６に接続されるブスバ５９、６０、６１を母線として、３レベルユニット２００、正側アームと負側アームを接続するブスバ６２を冷却板８が概略平行になるように２相、３相分重ねて配置すればよい。
【００３３】
図１５に３レベル電力変換装置の転流ループの発生する回路を示す。３レベル電力変換装置ではスイッチング素子であるＩＧＢＴモジュール３９〜４２のスイッチングによる４つの転流モードが存在する。図１５の（ａ）はＰ→ＩＧＢＴ３９→ＩＧＢＴ４０→ＡＣの経路で電流が流れている状態からＩＧＢＴモジュール３９をターンオフし、結合ダイオードモジュール４３に転流した場合を示している。図に太線で示したＩＧＢＴ３９→コンデンサ４５→結合ダイオード４３→ＩＧＢＴ３９の転流ループのインダクタンスに発生するサージ電圧がＩＧＢＴモジュール３９に印加される。（ｂ）はＣ→結合ダイオード４３→ＩＧＢＴ４０→ＡＣの経路で電流が流れている状態からＩＧＢＴモジュール４０をターンオフし、ＩＧＢＴモジュール４１、ＩＧＢＴモジュール４２のダイオードに転流した場合を示す。図に太線で示したＩＧＢＴ４０→結合ダイオード４３→コンデンサ４６→ＩＧＢＴ４２→ＩＧＢＴ４１→ＩＧＢＴ４０の転流ループのインダクタンスに発生する電圧がサージ電圧としてＩＧＢＴモジュール４０に印加される。同様に（ｃ）、（ｄ）はＩＧＢＴモジュール４１、ＩＧＢＴモジュール４２をターンオフした場合でＩＧＢＴ４１→ＩＧＢＴ４０→ＩＧＢＴ３９→コンデンサ４５→結合ダイオード４４→ＩＧＢＴ４１の転流ループ、ＩＧＢＴ４２→結合ダイオード４４→コンデンサ４６→ＩＧＢＴ４２の転流ループのインダクタンスに発生するサージ電圧がＩＧＢＴモジュール４１、ＩＧＢＴモジュール４２に印加される。そのため、これらの転流ループのインダクタンスを抑制することでサージ電圧を低減することができる。
【００３４】
図１６に本実施の形態３における転流ループを示す。図は積層ブスバの平面と平行な方向より見た概略図で、転流ループを太線で示している。図１６の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ図１５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に対応し、ＩＧＢＴモジュール３９、ＩＧＢＴモジュール４０、ＩＧＢＴモジュール４１、ＩＧＢＴモジュール４２をスイッチングした場合の転流ループである。
インダクタンスを減らすためには、３レベル電力変換装置の場合も２レベル電力変換装置の場合同様に、このループの面積を極力小さくすることが必要である。本構成では、ブスバに積層ブスバを用い、電流が近接したブスバ間を流れるため、ループの面積は小さくなり、インダクタンスが抑制されることが判る。また、電流経路を短くすることもインダクタンスの抑制に有効である。図に示す４つのループにおいて特にインダクタンスが大きくなりやすいのはＩＧＢＴモジュール３個と結合ダイオードモジュール１個を通る（ｂ）、（ｃ）の場合である。そのため、特にこのループを減らすことが必要であり、素子の配置も重要となる。例えば（ｂ）でＩＧＢＴモジュール３９と結合ダイオードモジュール４３の位置を入れ替えた場合、コンデンサより最も遠いモジュール２個を通ることになり、電流経路が長くなる。この実施の形態３による配置では（ｂ）、（ｃ）のループがコンデンサ４５、４６側より最も遠い２個の素子を通るループは無く、インダクタンスを小さくできている。
【００３５】
なお、この実施の形態３の構成では冷却板８の一方の面にコンデンサ４５、４６より遠い方からＩＧＢＴモジュール３９、結合ダイオードモジュール４３、ＩＧＢＴモジュール４０の順に、他方の面にはＩＧＢＴモジュール４２、結合ダイオードモジュール４４、ＩＧＢＴモジュール４１の順に配置されているが、（ｂ）のループを構成するＩＧＢＴモジュール４０、ＩＧＢＴモジュール４１、ＩＧＢＴモジュール４２、結合ダイオードモジュール４３のうちの２つ、かつ、（ｃ）のループを構成するＩＧＢＴモジュール３９、ＩＧＢＴモジュール４０、ＩＧＢＴモジュール４１、結合ダイオードモジュール４４のうちの２つがコンデンサ４５、４６より最も遠い位置に配置しないよう構成しても良い。
【００３６】
以上のような構成により、正側アームを構成する第１のスイッチング素子３９と第２のスイッチング素子４０と第１の結合ダイオード４３を冷却板８の他方の面に装着し、負側アームを構成する第３のスイッチング素子４１と第４のスイッチング素子４２と第２の結合ダイオード４４を冷却板８の他方の面に装着したため、冷却板８が１枚で構成できる。また、スイッチング素子３９〜４１、結合ダイオード４３、４４、直流電源４５、４６間は積層ブスバで接続したため、インダクタンスを小さく構成できる。正側アームのうち第１のスイッチング素子３９と第２のスイッチング素子４０の一つと、負側アームのうち第３のスイッチング素子４１と第２の結合ダイオード４４の一つが共に最も直流電源４５、４６より遠くにならないように配置し、かつ、正側アームのうち第２のスイッチング素子４０と第１の結合ダイオード４３の一つと、負側アームのうち、第３のスイッチング素子４１と第４のスイッチング素子４２の一つが共に最も直流電源より遠くにならないようにスイッチング素子と結合ダイオードを配置したため、インダクタンスを小さくすることができる。
【００３７】
また正側アームのスイッチング素子と結合ダイオードに接続される積層ブスバと、負側アームのスイッチング素子と結合ダイオードに接続される積層ブスバと、直流電源に接続されるブスバとを別々に構成したため、コの字状のブスバを用いる必要が無く、製造性、組み立て性が向上する。また、２相、３相分の３レベル電力変換装置を構成する場合には、直流電源に接続された積層ブスバを母線として、２相、３相分の３レベルユニットを重ねて接続すればよく、モジュールの実装密度が上がり、装置全体を小型、軽量化することができる。また、ユニット化されているため、取扱単位が小さくなり、製造時や保守時の取り扱い性が向上する。また、本実施の形態３においてもスイッチング素子と結合ダイオードによるモジュールの電極端子９０が複数ある場合、ブスバに流れる電流の向きと複数ある電極端子の並びの向きとを概略、直角としたため、電極端子間での流れる電流をほぼ均等化することができる。
【００３８】
実施の形態４．
次に実施の形態４について説明する。
図１７に本実施の形態４における回路図を示す。３レベル電力変換装置２相分と３相２レベル電力変換装置を用い、単相交流−直流−３相交流の変換を行う電力変換装置であるコンバータ−インバータを構成している。
図１８に本実施の形態４における電力変換装置の構成を示す。実施の形態１で示した３相２レベルユニット１００と実施の形態３で示した１相分の３レベルユニット２００の２相分が平行になるように重ねて配置している。本実施の形態４では実施の形態１の図４で示した正極（Ｐ）に接続されるブスバ２０、負極（Ｎ）に接続されるブスバ２１、実施の形態３の図１４で示した正極（Ｐ）に接続されるブスバ５９、中間電位（Ｃ）に接続されるブスバ６０、負極（Ｎ）に接続されるブスバ６１を母線として共通化し、それに、実施の形態１の図４で示した積層ブスバ９と積層ブスバ１０の交流側接続部（Ｖ）間を接続するブスバ２２と、実施の形態３の図１４で示した積層ブスバ４８と積層ブスバ４９の交流側接続部（ＡＣ）間を接続するブスバ６２を加えて、積層ブスバ６３を構成している。また、直流電源を構成するコンデンサ６４は内部にコンデンサユニットを２つ持ち、その端子を正極（Ｐ）、負極（Ｎ）、中間電位（Ｃ）に接続することで、図１７に示したコンデンサ４５、４６を形成する。なお、図１８では４個のコンデンサ６４を並列接続した例を示している。
【００３９】
コンデンサは図１８では３レベルユニット２００の横に配置しているが、例えば、２レベルユニット１００と３レベルユニット２００の間としても良いし、積層ブスバで接続するのであれば２レベルユニット１００や３レベルユニット２００の上に配置しても良い。
２レベル電力変換装置から交流側への接続は実施の形態１の図２に示したように、積層ブスバ９、１０よりＵ相、Ｗ相が、積層ブスバの接続部よりＶ相が出力される。３レベル電力変換装置のユニットから交流側への接続は実施の形態３の図１２で積層ブスバ４８、４９と積層ブスバ５０の接続部からＡＣとして出力したのと同じように積層ブスバ６３との接続部より接続され、２相の内、１つの出力がＵ相、他相がＶ相となる。
なお、ここでは実施の形態１の２レベル電力変換装置と実施の形態３の３レベル電力変換装置を組み合わせているが、実施の形態２と３を組み合わせて構成しても良い。また、実施の形態３でも述べたが、単に実施の形態３の電力変換装置を２個、３個組み合わせて、単相、３相の３レベル電力変換装置を構成することも可能である。その他にも、実施の形態１〜３の電力変換装置を自由に組み合わせて２レベル３相交流−直流−２レベル３相交流の変換を行う電力変換装置や３レベル３相交流−直流−２レベル３相交流の変換を行う電力変換装置など２レベル、３レベル、単相、３相等で構成される回路を構成することが可能である。
【００４０】
以上のように、この実施の形態４による構成では、直流電源に接続される積層ブスバを母線として、２レベルユニット、３レベルユニットを概略平行になるよう重ねて複数個配置したため、モジュールの実装密度が上がり、装置全体を小型、軽量化することができる。特に、本構成では２レベルユニットと３レベルユニットは冷却板の両面にスイッチング素子、結合ダイオードを取り付け、積層ブスバで接続するという概略、同一形状であるので、２レベル変換装置と３レベル変換装置の組み合わせであっても、デッドスペース無く、構成することが可能になり、モジュールの実装密度が上がり、装置全体を小型、軽量化することができる。また、ユニット化された２レベルユニット、３レベルユニットを接続する構成であるので、取扱単位が小さくなり、製造時や保守時の取り扱い性が向上する。また、３レベル変換ユニットと２レベル変換ユニットに用いるモジュールの装着面を同じにする、または、どちらのモジュールも装着できるよう冷却板を構成すれば、３レベル変換ユニットと２レベル変換ユニットで同じ冷却板を用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
この発明の実施の形態１〜４は、電鉄や鉄鋼プラント向等の電力用半導体素子を用いた電力変換装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態１による電力変換装置の回路図である。
【図２】本発明の実施の形態１による電力変換装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の図２の積層ブスバ９、１０の接続を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１の図２の積層ブスバ１１の接続を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態１の図１における転流ループを示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態１の図２の構成における転流ループを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２による電力変換装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２の図７の積層ブスバ２３、２４の接続を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態２の図７の積層ブスバ２５の接続を示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施の形態２の図７の構成における転流ループを示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による電力変換装置の回路図である。
【図１２】本発明の実施の形態３による電力変換装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３の図１２の積層ブスバ４８、４９の接続を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態３の図１２の積層ブスバ５０の接続を示す斜視図である。
【図１５】本発明の実施の形態３の図１１における転流ループを示す回路図である。
【図１６】本発明の実施の形態３の図１２の構成における転流ループを示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態４による電力変換装置の回路図である。
【図１８】本発明の実施の形態４による電力変換装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４３】
１〜６，３９〜４２  スイッチング素子、７，４５，４６，６４  直流電源、
８  冷却板、９〜１１，２３〜２５，４８〜５０，６３  積層ブスバ、
１２〜２２，２６〜３８，５１〜６２  ブスバ、４３  第１の結合ダイオード、
４４  第２の結合ダイオード、９０  電極端子、１００，１０１  ２レベルユニット、
２００  ３レベルユニット。
【図１】
2008245451.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【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】
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【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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