(57)【要約】【課題】  従来の電力変換装置では、設置面積が大きくなるという問題がある。【解決手段】  コンバータモジュールとインバータモジュールを、冷却フィンにおける鉛直方向に平行なモジュール設置面に設置し、かつ、各モジュール上面の周縁部に設けられる直流端子が互いに対向するように、コンバータモジュールとインバータモジュールを隣接して配置する。さらに、平滑コンデンサを、互いに対向する、コンバータモジュールの周縁部に接する側面とインバータモジュールの周縁部に接する側面との間の空間の外部に配置する。【選択図】図１
2007006565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記コンバータの直流側及び前記インバータの直流側に接続される平滑コンデンサを備える電力変換装置において、
前記コンバータを構成するコンバータモジュールと前記インバータを構成するインバータモジュールを備え、前記コンバータモジュール及び前記インバータモジュールの各直流端子は、各モジュールの上面の周縁部に設けられ、
前記コンバータモジュールと前記インバータモジュールは、冷却フィンにおける鉛直方向に平行なモジュール設置面に設置され、かつ前記直流端子が互いに対向するように、前記コンバータモジュールと前記インバータモジュールは隣接配置され、
前記平滑コンデンサは、互いに対向する、前記コンバータモジュールの前記周縁部に接する側面と前記インバータモジュールの前記周縁部に接する側面との間の空間の外部に配置することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１において、前記平滑コンデンサは、前記コンバータモジュール及び前記インバータモジュールの下方または横方向に配置されるか、あるいは、前記冷却フィンの前記モジュール設置面に垂直な方向から見たときに前記モジュール設置面と重な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３】
請求項１または請求項２において、前記コンバータモジュールと前記インバータモジュールとの間から引き出される配線によって、前記各直流端子と前記平滑コンデンサとが接続されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、前記空間における前記コンバータモジュールと前記インバータモジュールとの間隔が、前記平滑コンデンサの幅または径よりも小さいことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、前記コンバータモジュールと前記インバータモジュールが同じ冷却フィンに設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１〜５のいずれか１項において、前記コンバータモジュール及び前記インバータモジュールを鉛直方向に沿って上下に配置することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、前記平滑コンデンサと前記冷却フィンの間に、非金属製の仕切り板を設け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、交流電力を直流電力に変換するコンバータと直流電力を交流電力に変換するインバータを備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレベータの駆動装置などに用いられる電力変換装置は、直流中間回路を挟んでコンバータとインバータの２組の電力変換器を備えている。コンバータにより、直流中間回路に設けた平滑コンデンサの直流電圧を一定値に保ち、この直流電圧を元にインバータで、負荷が所望とする交流電圧あるいは交流電流となるように出力を制御する。
【０００３】
図１０にこのような従来の電力変換装置の回路構成を示す。コンバータ１は、電源３の交流電圧を直流電圧に変換する。平滑コンデンサ６は直流電圧を平滑する。インバータ２は、直流電圧を交流に変換して、モータ４を駆動する。
【０００４】
図１１は、図１０で示した電力変換装置の外観を示す。コンバータ及びインバータは、それぞれスイッチング素子を６個含んだ１個のコンバータモジュール２０００及びインバータモジュール２００１で構成され、電力変換装置の小型化を図っている。なお、コンバータ及びインバータをモジュールで構成した電力変換装置としては、特許文献１並びに特許文献２に記載されるものが知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２０４２９０号公報
【特許文献２】特開２００１−５４２８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１０及び図１１に示した従来技術では、コンバータモジュールとインバータモジュールを水平方向に配置し、その中間に平滑コンデンサを配置する構成のため、電力変換装置の設置面積が大きくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による電力変換装置においては、モジュール上面の周縁部に直流端子が設けられるコンバータモジュールとインバータモジュールが、冷却フィンにおける鉛直方向に平行なモジュール設置面に設置される。かつ、各モジュールの直流端子が互いに対向するように、コンバータモジュールとインバータモジュールは隣接して配置される。さらに、平滑コンデンサが、互いに対向する、コンバータモジュールの周縁部に接する側面とインバータモジュールの周縁部に接する側面との間の空間の外部に配置される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、各モジュールと平滑コンデンサとの間の配線インダクタンスの増加を抑えながら、装置の設置面積を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明によるエレベータ駆動装置の実施例を図面を用いて説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施例である電力変換装置の外観を示す。冷却フィン１０００における鉛直方向に平行な面に、コンバータモジュール２０００とインバータモジュール2001が、鉛直方向に対して互いに左右に設置される。各モジュール上面の周縁に直流端子Ｐ，Ｎが設けられるが、本実施例においては、各モジュールは略直方体状でありモジュール上面が矩形状であるため、直流端子Ｐ，Ｎは上面の一辺に沿って設けられる。コンバータモジュール２０００とインバータモジュール２００１は、これらの上面が冷却フィン1000における設置面に平行になるように、かつコンバータモジュール２０００の直流端子とインバータモジュール２００１の直流端子とが互いに対向して隣接するように配置される。すなわち、各モジュールの上面は、冷却フィンにおけるこれらモジュールの設置面と同様に鉛直方向に平行となる。また、各モジュール上面における直流端子が設けられる周縁部すなわち一辺が互いに対向している。各モジュールの直流端子と平滑コンデンサ３０００〜３００３は、各モジュールの間から各モジュール及び冷却フィン１０００の下方に引き出される配線によって互いに接続される。すなわち、平滑コンデンサ３０００〜３００３は、コンバータモジュール２０００において直流端子が設けられるモジュール上面の一辺に接する側面とインバータモジュール２００１における同様の側面、すなわち互いに対向するモジュール側面間の空間の外部に配置される。
【００１１】
本実施例によれば、各モジュールの直流端子が対向するように配置され、かつ平滑コンデンサが互いに対向するモジュール側面間の空間の外部に配置されるので、各モジュールを隣接配置することができる。例えば、対向する側面間の距離を平滑コンデンサの幅あるいは直径と同程度以下の寸法にすることができる。従って、電力変換装置の設置面積を低減することができ、電力変換装置の大きさを低減できる。ここで、平滑コンデンサは互いに対向するモジュール側面間の空間の外部に配置されるが、各モジュールを隣接配置することができるので、直流端子と平滑コンデンサとを接続する配線長の増大を抑えることができる。さらに、コンバータモジュールとインバータモジュールを同じ冷却フィンに設置できるので、電力変換部の設置面積が低減できる。また、本実施例においては、平滑コンデンサが各モジュールの下方に配置されるので、平滑コンデンサに対する各モジュールからの熱流の影響が緩和される。従って、平滑コンデンサは、互いに対向するモジュール側面間の空間の外部に配置されるが、各モジュールや冷却フィンに近づけて配置できる。このため、電力変換装置の大きさが低減でき、かつ直流端子と平滑コンデンサ間の配線長の増大を抑えることができる。従って、配線インダクタンスを低減できるので、コンバータモジュールやインバータモジュールに実装される半導体スイッチング素子のオン／オフ時に発生する過電圧を抑制できる。
【００１２】
図２は、本発明の他の実施例である電力変換装置の外観を示す。本実施例では、図１とは異なり、冷却フィン１０００におけるモジュール設置面において、コンバータモジュール２０００とインバータモジュール２００１が鉛直方向に沿って上下に配置され、更に平滑コンデンサ３０００〜３００３が各モジュール及び冷却フィンの横方向すなわち左側あるいは右側に配置される。すなわち、本実施例においても、各モジュールの直流端子が対向するように配置され、かつ平滑コンデンサが互いに対向するモジュール側面間の空間の外部に配置される。他の構成は、図１と同様である。従って、図２の実施例は、図１の実施例と同様の効果を有し、さらに、各モジュールが上下方向に配置されるので、コンバータモジュールとインバータモジュールとを合わせた電力変換部の幅を冷却フィン１個分低減できる。従って、電力変換装置の設置面積を低減することができる。なお、本実施例においても、平滑コンデンサが各モジュールの左右どちらかに配置されるので、図１の実施例と同様に、平滑コンデンサに対する各モジュールからの熱流の影響が緩和される。
【００１３】
図３は、本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の回路構成を示す。コンバータモジュール２０００及びインバータモジュール２００１においては、半導体スイッチング素子、図３においては絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）を主要部品とするコンバータ回路及びインバータ回路が実装される。各回路は、半導体スイッチング素子とダイオードとが逆並列に接続される回路を上アーム及び下アームとして直列接続する回路を１相分とする、３相ブリッジ回路から構成される。コンバータ回路の交流側及び直流側、すなわちコンバータモジュール２０００の交流端子及び直流端子には、それぞれ交流電源３及び平滑コンデンサ６が接続される。但し、交流電源３は交流リアクトル７を介して接続される。また、インバータ回路の交流側及び直流側、すなわちインバータモジュール２００１の交流端子及び直流端子には、それぞれ、負荷となるモータ４(交流電動機)及び平滑コンデンサ６が接続される。
【００１４】
コンバータ側は、平滑コンデンサ６の端子間電圧である直流電圧検出値をフィードバックし、フィードバックした直流電圧検出値が直流電圧指令値と一致するように電圧制御系（ＡＶＲ）１０１で電源側の電流指令値を生成する。電流制御系（ＡＣＲ）１０２で電源側電流が電流指令値と一致するようなコンバータの電源側の電圧指令値を生成する。生成された電圧指令値（変調波）をキャリア発生手段３０１の出力であるキャリア信号と比較してパルス幅制御系（ＰＷＭ）１０３でＰＷＭ制御を行うことによって点弧パルスを生成する。生成した点弧パルスによりコンバータの各スイッチング素子をオン／オフさせ、平滑コンデンサ６の端子電圧を一定に制御すると同時に、電源電流の波形と力率を改善する。
【００１５】
インバータ側は、モータ４を負荷とする。エンコーダ５より交流電動機４の速度検出値をフィードバックし、フィードバックした速度検出値が速度指令値に一致するように速度制御系（ＡＳＲ）２０１でインバータの電流指令値を生成する。電流制御系（ＡＣＲ）
２０２でモータ電流が電流指令値と一致するようなインバータの電圧指令値を生成する。生成された電圧指令値（変調波）をキャリア発生手段３０１の出力であるキャリア信号と比較してパルス幅制御系（ＰＷＭ）２０３でＰＷＭ制御を行うことによって点弧パルスを生成する。生成した点弧パルスによりインバータの各スイッチング素子をオン／オフさせ、モータ４を駆動する。
【００１６】
上述のような制御により、コンバータは電源３の交流電力を直流電力に変換し、インバータはコンバータが出力する直流電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に変換して負荷となるモータ４に供給する。ここで、キャリア発生手段３０１は、コンバータ側とインバータ側に位相が同期したキャリア信号を出力する。これにより、コンバータ側から平滑コンデンサ６に流入するパルス状の電流と平滑コンデンサ６からインバータ側に流出するパルス状の電流が同期して、両者の差である平滑コンデンサを流れる電流が低減される。このため、平滑コンデンサの個数を減らすことができる。
【００１７】
図４は、図２の実施例において図３の回路構成を適用した電力変換装置の外観を示す。図４に示されるように、図２の実施例に比べて平滑コンデンサの個数が半減される。このため、平滑コンデンサ部を小型化できるので、平滑コンデンサとモジュールを電気的に接続する配線長すなわち配線インダクタンスを低減でき、コンバータモジュールやインバータモジュールに実装される半導体スイッチング素子のオン／オフ時に発生する過電圧を抑制する効果がある。
【００１８】
なお、図３の回路構成は、図１の実施例や後述する各実施例にも適用できる。
【００１９】
図５は、本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の外観を示す。図５の実施例においては、各モジュールの直流端子が対向するように配置され、かつ平滑コンデンサ３０００及び３００１が、互いに対向するモジュール側面間の空間の外部に配置されているが、図４とは異なり、冷却フィンにおけるモジュール設置面に垂直な方向すなわち各モジュール上面に垂直な方向から見たときに、平滑コンデンサ３０００及び３００１は冷却フィンのモジュール設置面に重なるような位置に配置されている。このため、電力変換装置の幅寸法を平滑コンデンサの直径分あるいは幅分低減できるので、電力変換装置の設置面積を低減できる。なお、平滑コンデンサ６は少なくともコンバータモジュール２０００の下方に配置されているので、平滑コンデンサに対するコンバータモジュールからの熱流の影響が緩和される。
【００２０】
図６は、本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の外観を示す。本実施例は、図４の実施例において、各モジュールが設置される冷却フィン１０００と平滑コンデンサ３０００，３００１の間に非金属製、例えばセラミック製の仕切り板４０００を設けたものである。本実施例によれば、冷却フィン１０００からの熱流の影響を仕切り板によって遮断できるので、平滑コンデンサを各モジュールや冷却フィンに近づけて配置できる。このため、電力変換装置の大きさが低減でき、かつ直流端子と平滑コンデンサ間の配線長の増大を抑えることができる。さらに、平滑コンデンサの温度上昇を小さくできるので、平滑コンデンサの寿命を改善できる。
【００２１】
図７は、本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の外観を示す。本実施例は、図４の実施例において、コンバータモジュール，インバータモジュール及び平滑コンデンサ間の配線を細長い配線バーとし、直流正極側（Ｐ側）の配線バー５０００と直流負極側（Ｎ側）の配線バー５００１の少なくとも一部分が積層されるようにしたものである。本実施例によれば、平滑コンデンサが、互いに対向するモジュール側面間の空間の外部に配置されているが、積層された配線バーにより、配線インダクタンスを低減できるので、半導体スイッチング素子のオン／オフ時に発生する過電圧を抑制することができる。
【００２２】
図８は、本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の外観を示す。本実施例は、図４に示した実施例において、コンバータモジュール，インバータモジュール及び平滑コンデンサ間の配線を幅広の配線板とし、直流正極側（Ｐ側）の配線板５００２と直流負極側（Ｎ側）の配線板５００３が、それらのほぼ全面が互いに重なるように積層されたものである。配線板５００２及び５００３は、各直流端子及びこれに隣接するモジュールの上面の一部，平滑コンデンサ３０００及び３００１，各モジュール間，モジュールと平滑コンデンサの間、並びに平滑コンデンサ間を覆うことができる面積を有する。図８の実施例によれば、平滑コンデンサが、互いに対向するモジュール側面間の空間の外部に配置されているが、幅広の配線板により配線のインダクタンスを低減できるので、スイッチング素子のオン／オフ時に発生する過電圧を抑制することができる。
【００２３】
図９は、本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の外観を示す。本実施例は、図７の実施例において、コンバータとインバータを、それぞれ半導体スイッチング素子を２個含んだ２in１モジュール３個で構成したものである。図９において、２in１モジュール２００２，２００４及び２００６はコンバータを構成し、２in１モジュール２００３，２００５及び２００７はインバータを構成する。本実施例によれば、電力変換装置を大容量化できるという効果がある。
【００２４】
図１，図２，図４，図５，図６，図７並びに図８に示した実施例においては、コンバータ及びインバータをそれぞれスイッチング素子を６個含んだ６in１モジュール１個で構成しているが、図９と同様に２in１モジュール３個で構成してもよい。
【００２５】
なお、上記複数の実施例を適宜組み合わせることも可能である。また、上記実施例に限らず、本発明の技術的思想の範囲内で、種々の変形例が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例である電力変換装置の外観を示す。
【図２】本発明の他の実施例である電力変換装置の外観を示す。
【図３】本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の回路構成を示す。
【図４】図２の実施例において図３の回路構成を適用した電力変換装置の外観を示す。
【図５】本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の外観を示す。
【図６】本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の外観を示す。
【図７】本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の外観を示す。
【図８】本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の外観を示す。
【図９】本発明によるさらに他の実施例である電力変換装置の外観を示す。
【図１０】従来の電力変換装置の回路構成を示す。
【図１１】図１０で示した電力変換装置の外観を示す。
【符号の説明】
【００２７】
１０００〜１００２…冷却フィン、２０００…コンバータモジュール、２００１…インバータモジュール、２００２〜２００７…２in１モジュール、３０００〜３００３…平滑コンデンサ、４０００…仕切り板、５０００〜５００１…配線バー、５００２，５００３…配線板。
【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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【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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