(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体スイッチング素子を含み、交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換ユニットと、複数の半導体スイッチング素子を含み、直流電力を交流電力に変換する第２の電力変換ユニットとを、少なくとも含む複数の電力変換ユニットと、
共通ブスバーと、
前記複数の電力変換ユニットにそれぞれ対応して設けられ、前記複数の電力変換ユニットの直流側を前記共通ブスバーにそれぞれ接続する複数のユニットブスバーとを具備し、
前記複数の電力変換ユニットの各々は、磁性体の第１の外板が配置された第１の面を含む筐体を具備し、前記第１の外板は、対応するユニットブスバーのインダクタンス値が、電力変換装置内の他の電力変換ユニットからのリプル電流の流入を抑制可能なインダクタンス値に増加するように、前記対応するユニットブスバーの近傍に配置され且つ前記対応するユニットブスバーに隙間を置いて面する、電力変換装置。
【請求項２】
前記複数の電力変換ユニットの各々の前記筐体は、前記第１の面と直交する第２の面を有し、
前記複数のユニットブスバーの各々は、対応する電力変換ユニットの前記筐体の前記第２の面から、前記第２の面と逆側の前記筐体の第３の面に向けて、前記第１の外板に沿って延在される請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記複数のユニットブスバーの各々の先端部は、前記第３の面に設けられた開口を介して、対応する電力変換ユニットに電気的に接続される請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記複数のユニットブスバーの各々は、対応する電力変換ユニットの前記筐体の前記第１の面と平行な面内に配置された、正極ユニットブスバーおよび負極ユニットブスバーを含み、
前記第１の外板は、前記対応するユニットブスバーの前記正極ユニットブスバーおよび前記負極ユニットブスバーの双方の近傍に配置され、且つ前記対応するユニットブスバーに含まれる前記正極ユニットブスバーおよび前記負極ユニットブスバーの双方に隙間を置いて面する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第１の外板は、鉄板を含む請求項１記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記共通ブスバーは第１方向に延在され、
前記複数のユニットブスバーは、前記共通ブスバーの複数の接続箇所にそれぞれ接続された端部を有し、前記第１方向と直交する第２方向にそれぞれ延在され、
前記複数の電力変換ユニットの各々の前記筐体は、対応するユニットブスバーと前記共通ブスバーとの間の接続箇所の近傍に配置される請求項１記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記複数の電力変換ユニットの各々の前記筐体は、前記第１の面と直交する第２の面を有し、前記第２の面は、前記共通ブスバーに隙間を置いて面する請求項６記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記共通ブスバーは、正極直流電力用の第１の共通ブスバーと、負極直流電力用の第２の共通ブスバーとを含み、
前記複数の電力変換ユニットの各々の前記筐体は、前記第１の面と直交する第２の面を有し、
前記第１の共通ブスバーおよび前記第２の共通ブスバーは、前記複数の電力変換ユニットの各々の前記筐体の前記第２の面と平行な面内に配置され、
前記複数の電力変換ユニットの各々の前記筐体の前記第２の面は、前記第１の共通ブスバーおよび前記第２の共通ブスバーの双方に隙間を置いて面する請求項６記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記複数の電力変換ユニットは、直流電力を交流電力に変換する第３の電力変換ユニットをさらに含み、
前記第３の電力変換ユニットは、磁性体の第１の外板が配置された第１の面を含む筐体を具備し、前記第３の電力変換ユニットの筐体の前記第１の外板は、前記第３の電力変換ユニットに対応するユニットブスバーのインダクタンス値が、前記電力変換装置内の他の電力変換ユニットからのリプル電流の流入を抑制可能なインダクタンス値に増加するように、前記対応するユニットブスバーの近傍に配置され且つ前記対応するユニットブスバーに隙間を置いて面する、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記複数の電力変換ユニットは、交流電力を直流電力に変換する第４の電力変換ユニットをさらに含み、
前記第４の電力変換ユニットは、磁性体の第１の外板が配置された第１の面を含む筐体を具備し、前記第４の電力変換ユニットの筐体の前記第１の外板は、前記第４の電力変換ユニットに対応するユニットブスバーのインダクタンス値が、前記電力変換装置内の他の電力変換ユニットからのリプル電流の流入を抑制可能なインダクタンス値に増加するように、前記対応するユニットブスバーの近傍に配置され且つ前記対応するユニットブスバーに隙間を置いて面する、請求項９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、複数の電力変換ユニットを備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、大容量の電力変換装置を構成するために、複数の電力変換回路の直流側を並列に接続する構成が知られている。これら電力変換回路の各々は、半導体スイッチング素子のような複数のパワー半導体デバイスを含む。【０００３】
また、多くの電力変換装置では、その電力損失の低減を図るために、装置内の各種導体のインピーダンスを減らすように構成されることが多い。【０００４】
しかしながら、直流側が並列接続された複数の電力変換回路を含む電力変換装置の場合、ある電力変換回路内の半導体スイッチング素子のスイッチング動作に起因するリプル電流が、他の電力変換回路に流入する場合がある。導体のインピーダンスを低減するように構成された電力変換装置では、このリプル電流が低減されにくいので、リプル電流の流入による影響が顕在化され易い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１７９４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、リプル電流の流入を抑制することができる電力変換装置を提供することである。
【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、複数の半導体スイッチング素子を含み、交流電力を直流電力に変換する第１の電力変換ユニットと、複数の半導体スイッチング素子を含み、直流電力を交流電力に変換する第２の電力変換ユニットとを、少なくとも含む複数の電力変換ユニットと、共通ブスバーと、前記複数の電力変換ユニットにそれぞれ対応して設けられ、前記複数の電力変換ユニットの直流側を前記共通ブスバーにそれぞれ接続する複数のユニットブスバーとを具備する。前記複数の電力変換ユニットの各々は、磁性体の第１の外板が配置された第１の面を含む筐体を具備し、前記第１の外板は、対応するユニットブスバーのインダクタンス値が、電力変換装置内の他の電力変換ユニットからのリプル電流の流入を抑制可能なインダクタンス値に増加するように、前記対応するユニットブスバーの近傍に配置され且つ前記対応するユニットブスバーに隙間を置いて面する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】図２はインバータとして機能する電力変換ユニットの回路構成を示す図である。
【図３】図３はコンバータとして機能する電力変換ユニットの回路構成を示す図である。
【図４】図４は同実施形態の電力変換装置内に含まれる各電力変換ユニットと共通ブスバーとの間の接続関係を示す図である。
【図５】図５は同実施形態の電力変換装置内に含まれる複数の電力変換ユニットの配置例を示す斜視図である。
【図６】図６は同実施形態の電力変換装置内に含まれる複数の電力変換ユニットの配置例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１０を示す。この電力変換装置１０は、第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータとして機能する一つ以上の電力変換ユニットと、この直流電力を第２の交流電力に変換するインバータとして機能する一つ以上の電力変換ユニットとを含む。
【００１１】
この電力変換装置１０は、コンバータとして機能する一つ以上の電力変換ユニットとインバータとして機能する一つ以上の電力変換ユニットとが互いの直流側を突き合わせて配置されたＢＴＢ（ｂａｃｋ  ｔｏ  ｂａｃｋ）電力変換装置として動作する。
【００１２】
図１においては、電力変換装置１０が、コンバータとして機能する三つの電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３と、インバータとして機能する三つの電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３とを備える場合が想定されている。
【００１３】
なお、電力変換装置１０内に設けられるコンバータユニットおよびインバータユニットの各々の数は、上述の例に限られるものではなく、これらコンバータユニットおよびインバータユニットの各々の数は、一つ以上の任意の値に設定することができる。例えば、電力変換装置１０の構成例としては、一つのコンバータユニットと一つのインバータユニットとが設けられる構成であってもよいし、一つのコンバータユニットと二つ以上のインバータユニットとが設けられる構成であってもよいし、二つのコンバータユニットと二つ以上のインバータユニットとが設けられる構成であってもよいし、あるいは、二つ以上のコンバータユニットと二つ以上のインバータユニットとが設けられる構成であってもよい。
【００１４】
電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々は、少なくとも、単相フルブリッジ回路、または３相インバータ回路を含む。この場合、これら電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々は、複数の半導体スイッチング素子を含み、これら半導体スイッチング素子をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）のようなゲート制御信号によってスイッチング制御することによって入力交流電力を直流電力に変換する。
【００１５】
電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々も、少なくとも、単相フルブリッジ回路、または３相インバータ回路を含む。この場合、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々は、複数の半導体スイッチング素子を含み、これら半導体スイッチング素子をパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）のようなゲート制御信号によってスイッチング制御することによって直流電力を所望周波数の交流電力（例えば３相交流電力）に変換する。
【００１６】
電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３、および電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３それぞれの直流側は、共通ブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１３に接続されている。つまり、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３、および電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々の直流側は、共通ブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１３を介して、他の電力変換ユニットそれぞれの直流側に接続される。共通ブスバー１３は、大きな量の直流電力を電力変換ユニット間で流すための共通直流導体（共通直流ブスバー）である。電力変換装置１０においては、６個の電力変換ユニット１１−１、１１−２、１１−３、１２−１、１２−２、１２−３それぞれに対応する６個のユニットブスバー１５が設けられており、電力変換ユニット１１−１、１１−２、１１−３、１２−１、１２−２、１２−３の各々の直流側は、対応するユニットブスバー１５を介して共通ブスバー１３に接続される。
【００１７】
電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々の交流側は、交流電力系統１６に接続されている。交流電力系統１６は、交流電力を生成する発電機であってもよいし、商用交流電力系統であってもよい。電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々の直流側は、その電力変換ユニットに対応するユニットブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１５を介して、共通ブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１３に接続されている。各ユニットブスバー１５は、対応する電力変換ユニット（コンバータユニット）の直流側を共通ブスバー１３に接続する接続導体である。
【００１８】
電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々の直流側も、その電力変換ユニットに対応するユニットブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１５を介して、共通ブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１３に接続されている。各ユニットブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１５は、対応する電力変換ユニット（インバータユニット）の直流側を共通ブスバー１３に接続する接続導体である。電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々の交流側は、交流電力系統１７に接続されている。交流電力系統１７は、交流電力によって駆動される交流負荷であってもよいし、交流電力系統１６に対応する交流電力系統とは異なる商用交流電力系統であってもよい。
【００１９】
上述したように、共通ブスバー１３は、６つの電力変換ユニット１１−１、１１−２、１１−３、１２−１、１２−２、１２−３それぞれの直流側が電気的に接続される共通直流導体である。この共通ブスバー１３は、長く延びた導電板、例えば、長く延びた銅板から構成される。各ユニットブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１５も、長く延びた導電板、例えば、長く延びた銅板から構成される。
【００２０】
共通ブスバー１３は、一対の共通ブスバー、つまり、正極直流電力用の共通ブスバー１３Ｐと、負極直流電力用の共通ブスバー１３Ｎとを含む。各ユニットブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１５も、一対のユニットブスバー、つまり、正極ユニットブスバー１５Ｐと、負極ユニットブスバー１５Ｎとを含む。正極ユニットブスバー１５Ｐは、対応する電力変換ユニットの直流側の正極端子と正極直流電力用の共通ブスバー１３Ｐとの間を接続する。負極ユニットブスバー１５Ｎは、対応する電力変換ユニットの直流側の負極端子と負極直流電力用の共通ブスバー１３Ｎとの間を接続する。
【００２１】
正極直流電力用の共通ブスバー１３Ｐおよび負極直流電力用の共通ブスバー１３Ｎの各々は、長く延びた導電板、例えば、長く延びた銅板から構成される。同様に、正極ユニットブスバー１５Ｐおよび負極ユニットブスバー１５Ｎの各々も、長く延びた導電板、例えば、長く延びた銅板から構成される。
【００２２】
電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１の直流側の正極端子および負極端子は、この電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１用の正極ユニットブスバー１５Ｐおよび負極ユニットブスバー１５Ｎを介して、正極直流電力（Ｐ）用の共通ブスバー１３Ｐおよび負極直流電力（Ｎ）用の共通ブスバー１３Ｎにそれぞれ接続される。電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−２の直流側の正極端子および負極端子は、この電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−２用の正極ユニットブスバー１５Ｐおよび負極ユニットブスバー１５Ｎを介して、正極直流電力（Ｐ）用の共通ブスバー１３Ｐおよび負極直流電力（Ｎ）用の共通ブスバー１３Ｎにそれぞれ接続される。電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−３の直流側の正極端子および負極端子は、この電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−３用の正極ユニットブスバー１５Ｐおよび負極ユニットブスバー１５Ｎを介して、正極直流電力（Ｐ）用の共通ブスバー１３Ｐおよび負極直流電力（Ｎ）用の共通ブスバー１３Ｎにそれぞれ接続される。
【００２３】
同様に、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１の直流側の正極端子および負極端子は、この電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１用の正極ユニットブスバー１５Ｐおよび負極ユニットブスバー１５Ｎを介して、正極直流電力（Ｐ）用の共通ブスバー１３Ｐおよび負極直流電力（Ｎ）用の共通ブスバー１３Ｎにそれぞれ接続される。電力変換ユニット（インバータユニット）１２−２の直流側の正極端子および負極端子は、この電力変換ユニット（インバータユニット）１２−２用の正極ユニットブスバー１５Ｐおよび負極ユニットブスバー１５Ｎを介して、正極直流電力（Ｐ）用の共通ブスバー１３Ｐおよび負極直流電力（Ｎ）用の共通ブスバー１３Ｎにそれぞれ接続される。電力変換ユニット（インバータユニット）１２−３の直流側の正極端子および負極端子は、この電力変換ユニット（インバータユニット）１２−３用の正極ユニットブスバー１５Ｐおよび負極ユニットブスバー１５Ｎを介して、正極直流電力（Ｐ）用の共通ブスバー１３Ｐおよび負極直流電力（Ｎ）用の共通ブスバー１３Ｎにそれぞれ接続される。
【００２４】
交流電力系統１６からの交流電力の周波数と交流電力系統１７用の交流電力の周波数とが異なる場合においては、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々のスイッチング周波数は、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々のスイッチング周波数と異なる。
【００２５】
また、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々のスイッチング動作が、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々のスイッチング動作の制御とは独立して制御される場合がある。この場合においても、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々のスイッチング周波数は、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々のスイッチング周波数と異なる可能性がある。
【００２６】
このように、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々のスイッチング周波数が、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々のスイッチング周波数と異なるケースにおいては、コンバータユニットとインバータユニットとの間で入出力される直流電力に高周波のリプルノイズが発生しやすくなる。この直流電力のリプルノイズは、リプル電流と称される。このリプル電流は、直流リプル電流、または直流電力リプルと称されることもある。
【００２７】
例えば、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々からのリプル電流は、共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎを介して、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々に流入される。電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々からのリプル電流は、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々内の半導体スイッチング素子それぞれのスイッチング動作に起因して発生する。
【００２８】
同様に、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々からのリプル電流が、共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎを介して、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、１１−３の各々に流入される場合もある。電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々からのリプル電流は、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２、１２−３の各々内の半導体スイッチング素子それぞれのスイッチング動作に起因して発生する。
【００２９】
このように、電力変換ユニット１１−１、１１−２、１１−３、１２−１、１２−２、１２−３の直流側が共通ブスバー１３（一対の共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎ）に並列接続された電力変換装置１０においては、各電力変換ユニットに他の電力変換ユニットからのリプル電流が流入する場合があり、これによって、これら電力変換ユニット内の直流コンデンサ同士が共振し初める場合がある。この場合、これら直流コンデンサによる電力損失の増加、これら直流コンデンサの発熱量の増加といった好ましくない現象が発生する可能性がある。
【００３０】
図２は、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１に含まれる電力変換回路の構成例を示す。
【００３１】
ここでは、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１に含まれる電力変換回路が３相インバータとして実現されている場合を想定する。
【００３２】
この電力変換回路（３相インバータ）は、６個の半導体スイッチング素子（ここでは、ＩＧＢＴ）２０１〜２０６、６個のダイオード２１１〜２１６、直流コンデンサ２２０とを含む。この電力変換回路（３相インバータ）の正極直流電力端子ＤＣ（＋）は、この電力変換回路の直流側の正極端子である。正極直流電力端子ＤＣ（＋）は、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１用のユニットブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１５Ｐを介して、正極直流電力（Ｐ）用の共通ブスバー１３Ｐに接続される。この電力変換回路（３相インバータ）の負極直流電力端子ＤＣ（−）は、この電力変換回路の直流側の負極端子である。負極直流電力端子ＤＣ（−）は、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１用のユニットブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１５Ｎを介して、負極直流電力（Ｎ）用の共通ブスバー１３Ｎに接続される。
【００３３】
ＩＧＢＴ２０１およびＩＧＢＴ２０２は、正極直流電力端子ＤＣ（＋）と負極直流電力端子ＤＣ（−）との間に直列接続される。ＩＧＢＴ２０１とダイオード２１１は、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ２０２とダイオード２１２も、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ２０１とＩＧＢＴ２０２との間の直列接続点ＯＵＴ１は、Ｕ相用の交流電力出力端子として機能する。
【００３４】
ＩＧＢＴ２０３およびＩＧＢＴ２０４は、正極直流電力端子ＤＣ（＋）と負極直流電力端子ＤＣ（−）との間に直列接続される。ＩＧＢＴ２０３とダイオード２１３は、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ２０４とダイオード２１４も、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ２０３とＩＧＢＴ２０４との間の直列接続点ＯＵＴ２は、Ｖ相用の交流電力出力端子として機能する。
【００３５】
ＩＧＢＴ２０５およびＩＧＢＴ２０６は、正極直流電力端子ＤＣ（＋）と負極直流電力端子ＤＣ（−）との間に直列接続される。ＩＧＢＴ２０５とダイオード２１５は、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ２０６とダイオード２１６も、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ２０５とＩＧＢＴ２０６との間の直列接続点ＯＵＴ３は、Ｗ相用の交流電力出力端子として機能する。
【００３６】
直流コンデンサ２２０は、正極直流電力端子ＤＣ（＋）と負極直流電力端子ＤＣ（−）との間に接続される。この直流コンデンサ２２０は、ＩＧＢＴ２０１〜２０６のスイッチング動作に起因する直流電圧の変動を抑制する。
【００３７】
他の電力変換ユニット（インバータユニット）１２−２、１２−３も、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１と同様の構成を有している。
【００３８】
図３は、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１に含まれる電力変換回路の構成例を示す。
【００３９】
ここでは、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１に含まれる電力変換回路が、上述３相インバータと対称の回路構成によって実現されている場合を想定する。
【００４０】
この電力変換回路は、６個の半導体スイッチング素子（ここでは、ＩＧＢＴ）３０１〜３０６、６個のダイオード３１１〜３１６、直流コンデンサ３２０とを含む。この電力変換回路の正極直流電力端子ＤＣ（＋）は、この電力変換回路の直流側の正極端子である。正極直流電力端子ＤＣ（＋）は、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１用のユニットブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１５Ｐを介して、正極直流電力（Ｐ）用の共通ブスバー１３Ｐに接続される。この電力変換回路の負極直流電力端子ＤＣ（−）は、この電力変換回路の直流側の負極端子である。負極直流電力端子ＤＣ（−）は、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１用のユニットブスバー（ｂｕｓ  ｂａｒ）１５Ｎを介して、負極直流電力（Ｎ）用の共通ブスバー１３Ｎに接続される。
【００４１】
ＩＧＢＴ３０１およびＩＧＢＴ３０２は、正極直流電力端子ＤＣ（＋）と負極直流電力端子ＤＣ（−）との間に直列接続される。ＩＧＢＴ３０１とダイオード３１１は、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ３０２とダイオード３１２も、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ３０１とＩＧＢＴ３０２との間の直列接続点ＩＮ１は、Ｕ相用の交流電力入力端子として機能する。
【００４２】
ＩＧＢＴ３０３およびＩＧＢＴ３０４は、正極直流電力端子ＤＣ（＋）と負極直流電力端子ＤＣ（−）との間に直列接続される。ＩＧＢＴ３０３とダイオード３１３は、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ３０４とダイオード３１４も、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ３０３とＩＧＢＴ３０４との間の直列接続点ＩＮ２は、Ｖ相用の交流電力入力端子として機能する。
【００４３】
ＩＧＢＴ３０５およびＩＧＢＴ３０６は、正極直流電力端子ＤＣ（＋）と負極直流電力端子ＤＣ（−）との間に直列接続される。ＩＧＢＴ３０５とダイオード３１５は、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ３０６とダイオード３１６も、互いに逆並列に接続されている。ＩＧＢＴ３０５とＩＧＢＴ３０６との間の直列接続点ＩＮ３は、Ｗ相用の交流電力入力端子として機能する。
【００４４】
直流コンデンサ３２０は、正極直流電力端子ＤＣ（＋）と負極直流電力端子ＤＣ（−）との間に接続される。この直流コンデンサ３２０は、ＩＧＢＴ３０１〜３０６のスイッチング動作に起因する直流電圧の変動を抑制する。
【００４５】
他の電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−２、１１−３も、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１と同様の構成を有している。
【００４６】
図４は、電力変換装置１０内に含まれる各電力変換ユニットと共通ブスバーとの間の接続関係を示す。
【００４７】
ここでは、電力変換装置１０が、二つの電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２と、二つの電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２を含む場合を想定する。
【００４８】
図４の左上部に示されているように、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、および電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２それぞれの直流側は、共通ブスバー１３に並列接続される。
【００４９】
より詳しくは、電力変換装置１０は、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、および電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２にそれぞれ対応する４つのユニットブスバー１５を含む。電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、および電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２の各々の直流側は、対応するユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎを介して、正極直流電力（Ｐ）用の共通ブスバー１３Ｐおよび負極直流電力（Ｎ）用の共通ブスバー１３Ｎにそれぞれ接続される。
【００５０】
このように、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、および電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２の直流側が、共通ブスバー１３に並列接続される構成においては、上述したように、各電力変換ユニットに他の電力変換ユニットからのリプル電流が共通ブスバー１３を介して流入する場合がある。
【００５１】
各電力変換ユニットへの他の電力変換ユニットからのリプル電流の流入を抑制するための対策としては、図４の右上部に示されているように、リプル電流を低減するために、各電力変換ユニット用のユニットブスバー１５にリアクトル４１を挿入する方法が考えられる。図４の右上部においては、ユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの各々にリアクトル４１を挿入する例が示されているが、ユニットブスバー１５Ｐにのみリアクトル４１を挿入する構成であってもリプル電流の流入をある程度抑制できる場合もある。
【００５２】
しかし、このように各ユニットブスバー１５にリアクトル４１を挿入する方法を電力変換装置１０に適用すると、個々の電力変換ユニット毎にリアクトル４１を設けることが必要とされるので、電力変換装置１０の実現に必要な電力部品数の増加、電力変換装置１０のコストアップを招く可能性がある。
【００５３】
このため、本実施形態の電力変換装置１０では、図４の左下部に示されているように、各ユニットブスバー１５にリアクトル４１を挿入する代わりに、鉄板のような磁性体４２を、各ユニットブスバー１５の近傍位置に配置する構造が適用される。図４の左下部においては、各ユニットブスバー１５Ｐの近傍に磁性体４２が配置されている場合が例示されているが、磁性体４２を、一つのユニットブスバー１５を構成する一対のユニットブスバー（正極ユニットブスバー１５Ｐ、負極ユニットブスバー１５Ｎ）の双方に近接する位置に配置してもよい。
【００５４】
通常、一つのユニットブスバー１５を構成するユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎは、ユニットブスバー１５Ｐに流れる直流電流によって発生される磁界とユニットブスバー１５Ｎに流れる逆向きの直流電流によって発生される磁界とが相殺されるように、互いに近接して配置される。
【００５５】
このため、磁性体４２は、磁性体４２の表面が一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの双方に隙間を置いて面するように、一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの近傍に配置されてもよい。これにより、一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの近傍に磁性体４２を配置することができるので、ユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの双方のインダクタンス値を増加させることができる。したがって、ユニットブスバー１５にリアクトル４１を挿入すること無しに、他の電力変換ユニットから各電力変換ユニットへのリプル電流の流入を抑制することができる。
【００５６】
磁性体４２とユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの各々との間の距離が短いほど、ユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの各々のインダクタンス値は増加する。したがって、磁性体４２は、ユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの各々のインダクタンス値が、他の電力変換ユニットからのリプル電流の流入を抑制可能なインダクタンス値に増加するように、一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎにできるだけ近接した位置に配置されればよい。
【００５７】
別の実施形態の電力変換装置１０においては、図４の右下部に示すように、各電力変換ユニットの筐体の或る一面に、鉄板のような、磁性体の板（外板）４３を配置し、且つこの筐体の外板４３をユニットブスバー１５の近傍に配置するという構造が適用されても良い。
【００５８】
この場合、各電力変換ユニットにおいては、筐体の外板４３は、対応するユニットブスバー１５のインダクタンス値（例えば、ユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの各々のインダクタンス値）が、他の電力変換ユニットからこの電力変換ユニットへのリプル電流の流入を抑制可能なインダクタンス値に増加するように、対応するユニットブスバー１５の近傍に配置され、且つ対応するユニットブスバー１５に隙間を置いて面する。上述したように、磁性体の外板４３とユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの各々との間の距離が短いほど、ユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの各々のインダクタンス値は増加する。したがって、外板４３とユニットブスバー１５との間の隙間（距離）は、この間の電気的絶縁が維持される範囲内で、できるだけ狭く（短く）設定されてもよい。
【００５９】
上述したように、一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎは互いに近接して配置されるので、筐体の外板４３は、外板４３の表面が一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの双方に隙間を置いて面するように、一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの近傍に配置される。磁性体の外板４３は、ユニットブスバー１５Ｐに流れる直流電流によって発生する磁界が通る経路となり、また、磁性体の外板４３は、ユニットブスバー１５Ｎに流れる逆向きの直流電流によって発生する磁界が通る経路にもなる。よって、ユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの各々のインダクタンス値（インダクタンス成分）を増加させることができるので、他の電力変換ユニットからこの電力変換ユニットへのリプル電流の流入を抑制可能となる。
【００６０】
図４の右下部に示す構造は、各電力変換ユニットの筐体の一部（外板４３）が上述の磁性体４２として利用される。したがって、専用の磁性体４２を用意することなく、ユニットブスバー１５を流れるリプル電流を低減できるので、電力変換装置１０の実現に必要な電力部品数の増加を招くこと無く、リプル電流の流入を抑制することができる。
【００６１】
図５は、電力変換装置１０内に含まれる複数の電力変換ユニットの配置例を示す斜視図であり、図６は、図５の電力変換ユニットの配置を上から見た平面図である。
【００６２】
図５、図６の電力変換ユニットの配置例は、図４の右下部に示した構造を実現するための配置に相当する。
【００６３】
電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２の各々は、箱形の筐体を備える。各電力変換ユニットの筐体は、少なくとも、図２のインバータまたは図３のコンバータを収容する。各電力変換ユニットの筐体は、正面５０Ａ、背面５０Ｂ、右側面５０Ｃ、左側面５０Ｄ、上面５０Ｅ、底面５０Ｆを有する。各電力変換ユニットの筐体の或る第１の面、例えば右側面５０Ｃ、には、磁性体材料から成る外板４３が配置されている。外板４３は、例えば、鉄板であってもよい。外板４３は、各種部品を搭載するためのフレーム（またはパネルとも称される）として機能し得る。他の各面には、ステンレス鋼材（ＳＵＳ）から成る外板が配置されていてもよい。
【００６４】
共通ブスバー１３は、第１方向、例えば水平方向（Ｘ方向）に延在される。つまり、共通ブスバー１３の長手方向は水平方向（Ｘ方向）と平行して延在される。共通ブスバー１３に含まれる一対の共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎは、水平方向（Ｘ方向）に互いに平行して延在される。
【００６５】
複数のユニットブスバー１５は、共通ブスバー１３の長手方向に沿って共通ブスバー１３上に配置された複数の接続箇所にそれぞれ接続された端部を含む。つまり、これらユニットブスバー１５の各々の一端部は、共通ブスバー１３に接続される。そして、これら各ユニットブスバー１５は、共通ブスバー１３の長手方向（ここではＸ方向）と直交する方向（ここではＹ方向）に延在される。この場合、各ユニットブスバー１５は、共通ブスバー１３上の対応する接続箇所から突出されるように形成されていても良い。
【００６６】
例えば、各ユニットブスバー１５においては、正極ユニットブスバー１５Ｐは共通ブスバー１３Ｐから突出されてもよく、そして共通ブスバー１３Ｐの長手方向と直交する方向（Ｙ方向）に延在されてもよい。同様に、各ユニットブスバー１５において、負極ユニットブスバー１５Ｎは、共通ブスバー１３Ｎから突出されてもよく、そして共通ブスバー１３Ｎの長手方向と直交する方向（Ｙ方向）に延在されてもよい。
【００６７】
電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２の各々の筐体は、対応するユニットブスバー１５と共通ブスバー１３との間の接続箇所の近傍に配置される。
【００６８】
電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２の各々の筐体の右側面５０Ｃ（外板４３）は、対応するユニットブスバー１５のインダクタンス値が、電力変換装置１０内の他の電力変換ユニットからのリプル電流の流入を抑制可能なインダクタンス値に増加するように、対応するユニットブスバー１５の近傍に配置され、且つ対応するユニットブスバー１５に隙間（距離Ｄ）を置いて面する。上述したように、外板４３とユニットブスバー１５との間の隙間（距離Ｄ）は、この間の電気的絶縁が維持される範囲内で、できるだけ狭く（短く）設定されてもよい。
【００６９】
各ユニットブスバー１５は、そのユニットブスバー１５に対応する電力変換ユニットの筐体の右側面５０Ｃに直交する第２の面（例えば背面５０Ｂ）から、第２の面と逆側の筐体の第３の面（例えば正面５０Ａ）に向けて、外板４３に沿って延在される。この構造は、外板４３とユニットブスバー１５とが互いに対向する領域の面積を比較的大きくすることができる。よって、ユニットブスバー１５のインダクタンス値を効率よく高めることができる。
【００７０】
各ユニットブスバー１５の先端部（他端部）は、折り曲げられており、各電力変換ユニットの筐体の表面５０Ａに設けられた開口５１を介して、対応する電力変換ユニットに電気的に接続される。この構造により、各ユニットブスバー１５の長さを長くすることができるので、各ユニットブスバー１５のインダクタンス成分を増加させることができる。
【００７１】
各ユニットブスバー１５に含まれる一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎは、対応する電力変換ユニットの筐体の右側面５０Ｃ（外板４３）と平行な面内に配置されている。例えば、図６においては、各ユニットブスバー１５に含まれる一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎは、縦方向、つまり垂直方向（Ｚ方向）に並べられており、これによってこれらユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎは右側面５０Ｃ（外板４３）と平行な面内に配置される。そして、各電力変換ユニットの筐体の右側面５０Ｃ（外板４３）は、対応するユニットブスバー１５に含まれるユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの双方の近傍に配置され、且つ対応するユニットブスバー１５に含まれるユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの双方に隙間（距離Ｄ）を置いて面する。これにより、外板４３とユニットブスバー１５Ｐとの間の距離と、外板４３とユニットブスバー１５Ｎとの間の距離の双方を十分に短くすることができるので、ユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの各々のインダクタンス値を効率良く増加させることができる。
【００７２】
電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２の各々の筐体の背面５０Ｂは、共通ブスバー１３にある隙間を置いて面する。各筐体の背面５０Ｂと共通ブスバー１３との間の隙間（距離）も、比較的短く設定しても良い。これにより、外板４３の側面（筐体の背面５０Ｂ側に位置する、外板４３の側面）と共通ブスバー１３との間の距離も短くなるので、磁性体の外板４３によって共通ブスバー１３のインダクタンス値も増加させることが可能となる。
【００７３】
共通ブスバー１３内に含まれる共通ブスバー１３Ｐおよび共通ブスバー１３Ｎは、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２の各々の筐体の背面５０Ｂと平行な面内に配置される。例えば、図６においては、共通ブスバー１３に含まれる一対の共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎは、縦方向、つまり垂直方向（Ｚ方向）に並べられており、これによってこれら共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎは各筐体の背面５０Ｂと平行な面内に配置される。そして、各電力変換ユニットの筐体の背面５０Ｂは、共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎの双方に隙間を置いて面する。これにより、外板４３の側面（筐体の背面５０Ｂ側に位置する、外板４３の側面）と共通ブスバー１３Ｐとの間の距離と、外板４３の側面（筐体の背面５０Ｂ側に位置する、外板４３の側面）と共通ブスバー１３Ｎとの間の距離の双方を、短くできるので、磁性体の外板４３によって共通ブスバー１３Ｐおよび共通ブスバー１３Ｎの各々のインダクタンス値も増加させることが可能となる。
【００７４】
なお、図５、図６では、一対の共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎが各電力変換ユニットの筐体の背面５０Ｂ側に位置する例を説明したが、一対の共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎが各電力変換ユニットの筐体の上面５０Ｅ側に位置されてもよい。
【００７５】
この場合、一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎは、各電力変換ユニットの筐体の上面５０Ｅから底面５０Ｆに向けて、外板４３に沿って延在されてもよい。一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの各々の先端部は、各電力変換ユニットの筐体の底面５０Ｆに設けられた開口に挿入されてもよい。
【００７６】
図５、図６に示される電力変換ユニットの配置によれば、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２の各々の外板４３がユニットブスバー１５（一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎ）に近接されているので、ユニットブスバー１５（一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎ）のインダクタンス値を増加させることができる。したがって、リアクトルをユニットブスバー１５に挿入することなく、他の電力変換ユニットから各電力変換ユニットへのリプル電流の流入を抑制することができる。
【００７７】
また、電力変換ユニット（コンバータユニット）１１−１、１１−２、電力変換ユニット（インバータユニット）１２−１、１２−２の各々の筐体の背面５０Ｂが共通ブスバー１３（一対の共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎ）に隙間を置いて面し、且つ筐体の右側面５０Ｃの外板４３が、対応するユニットブスバー１５（一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎ）に隙間を置いて面するので、外板４３を、一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの双方に近接する位置に配置することができる。よって、一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎの各々のインダクタンス値を増加させることができる。さらに、また、外板４３の側面（筐体の背面５０Ｂ側に位置する、外板４３の側面）と共通ブスバー１３（一対の共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎ）との間の距離も短く設定しやすい。したがって、外板４３は、一対の共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎの各々のインダクタンス値をある程度増加させる役割も果たすことができる。これにより、各ユニットブスバー１５のインダクタンス値を増加させるだけで無く、一対の共通ブスバー１３Ｐ、１３Ｎのインダクタンス値をある程度増加させることもできる。
【００７８】
また、ユニットブスバー１５（一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎ）は各電力変換ユニットの筐体の背面５０Ｂ（または上面５０Ｅ）から正面５０Ａ（または底面５０Ｆ）に向けて、外板４３に沿って延在される。したがって、外板４３とユニットブスバー１５（一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎ）とが互いに面する領域の面積を比較的大きくすることができる。よって、ユニットブスバー１５（一対のユニットブスバー１５Ｐ、１５Ｎ）のインダクタンス値を効率よく高めることができる。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態においては、各電力変換ユニットは、磁性体の外板４３が配置された面を含む筐体を備える。筐体の外板４３は、対応するユニットブスバー１５のインダクタンス値が、他の電力変換ユニットから各電力変換ユニットへのリプル電流の流入を抑制可能なインダクタンス値に増加するように、対応するユニットブスバー１５に近接した位置に配置される。したがって、リアクトルをユニットブスバー１５に挿入することなく、他の電力変換ユニットから各電力変換ユニットへのリプル電流の流入を抑制することができる。
【００８０】
なお、外板４３は磁性体であればよいので、外板４３は鉄板に限定されず、磁性体の他の材料からなる板であってもよい。また、外板４３は複数の開口を有していてもよい。
【００８１】
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み合わせにより、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。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明によれば、複数の電力変換ユニットを備え、リプル電流の流入を抑制す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１】
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【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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