(57)【要約】  電力変換装置は、それぞれ複数のスイッチング素子を有し、スイッチング素子の動作により、直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータモジュールと、複数のインバータモジュールに対応して設置され、発生するサージ電圧を吸収する複数のサージ吸収回路と、インバータモジュールに流れる電流を検出する電流検出部を有し、複数のインバータモジュールにそれぞれ対応して設置される複数の電流検出装置とを備えるものである。
2020255249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数のスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の動作により、直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータモジュールと、
複数の前記インバータモジュールに対応して設置され、発生するサージ電圧を吸収する複数のサージ吸収回路と、
前記インバータモジュールに流れる電流を検出する電流検出部を有し、複数の前記インバータモジュールにそれぞれ対応して設置される複数の電流検出装置と
を備える電力変換装置。
【請求項２】
複数の前記インバータモジュールは、それぞれ直方体状の筐体を有し、配線が接続される端子が配置されていない側の前記筐体の側面同士が向かい合って並列に配置される請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記インバータモジュールの駆動を制御する制御部を備え、
前記インバータモジュールが有する制御端子と前記制御部とが対向して配置される請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記電流検出装置は、
前記電流検出部が検出した電流に基づく検出電圧をフィルタするフィルタ回路と、
前記検出電圧との比較基準となる設定電圧を生成する設定電圧生成回路と、
前記検出電圧と前記設定電圧とを比較して、過電流を検出する比較器と
を有する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記インバータモジュールの駆動を制御する制御部を備え、
前記電流検出装置の各機器および前記制御部を一点接続により接地する接地点を有する請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記インバータモジュールが有する電力側の出力端子は、それぞれ複数の端子台に設置され、
複数の前記端子台は、高さがそれぞれ異なる請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
複数の前記サージ吸収回路は、それぞれ設置された前記インバータモジュールに合わせた時定数を有する請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記スイッチング素子の少なくとも１つは、ワイドバンドギャップ半導体を用いた素子である請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
電力供給対象となる電動機の相の数と同じ数の前記インバータモジュールが基板に配置される請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載された電力変換装置を備え、
圧縮機およびファンの少なくとも１つを前記電力変換装置で変換した電力により駆動する冷凍サイクル装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の冷凍サイクル装置により、対象空間の冷暖房を行う空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スイッチング素子を備える電力変換装置、冷凍サイクル装置および空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、交流電源から供給される電力を、整流回路を用いて整流した直流の電力を、インバータモジュールを用いて、再度、所定周波数の交流電力に変換する電力変換装置が知られている。また、インバータモジュールにおいては、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）に代表される高速スイッチング素子を備えるものがある。ここで、同種のインバータモジュールを回路要素として並列に複数接続して回路構成したインバータ部を有し、スイッチング素子を共通の駆動信号で駆動させる電力変換装置が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。小さな電流容量のスイッチング素子を用いた複数のインバータモジュールを並列に接続する構成の電力変換装置は、大きな電流容量のスイッチング素子を用いて構成したインバータモジュールを単独で駆動させるよりも、コストおよび放熱性に優れたものとなる。【０００３】
一方、インバータモジュールを単独で駆動する場合に、スナバ回路を有することで、回路のインダクタンスエネルギーを開放して、スイッチング遮断時に生じる過渡的な高電圧を抑制し、サージ波形となることを抑制する。スナバ回路を有して高電圧を抑制することで、スイッチング回路自身および周辺回路の損傷を防ぎ、かつ、電磁ノイズを抑制することができる。たとえば、インバータモジュールを駆動させる構成の電力変換装置において、インバータモジュール内のスイッチング素子のそれぞれのアームの両端にスナバコンデンサを接続する構成を有する電力変換装置が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６１１０６号公報
【特許文献２】特開２００３−２５０２７７号公報
【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、前述した特許文献１の電力変換装置のように、インバータモジュールを複数使用することで、装置が大型化になるため、コンデンサとの間の配線および配線によるパターンインダクタンスが増加する。このとき、各インバータモジュールとコンデンサとの間にパターンインダクタンスのばらつきが生じる。このため、ノイズ耐力の低下およびモジュール内部回路の誤動作が生じていた。【０００６】
また、前述した特許文献２の電力変換装置は、単体のインバータモジュールにスナバ回路が設置された装置に関するものであり、複数のインバータモジュールの並列駆動装置に関するものではない。複数のインバータモジュールを配置することで、装置が大型化して配線が長くなり、パターンインダクタンスが増加し、サージ電圧が増加する。また、複数のインバータモジュールを配置する位置によって、コンデンサとモジュールとの間のパターンインダクタンスに差が生じ、発生するサージ電圧に差が生じやすくなる。このため、複数のインバータモジュールを並列駆動する電力変換装置の場合、特にサージ吸収回路に関する考察が必要となる。ここで、スナバ回路の能力を高めるために、時定数の大きなスナバ回路部品を採用することも１つの手法ではあるが、部品実装面積の増大化、スナバ回路部品の高負荷低寿命化などの問題もあり、装置サイズ、コストなどが増加する。【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するため、複数のインバータモジュールを有する電力変換装置における装置サイズおよびコストを抑え、内部回路の誤動作を防止し、装置全体の信頼性を向上することができる電力変換装置、冷凍サイクル装置および空気調和装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置は、それぞれ複数のスイッチング素子を有し、スイッチング素子の動作により、直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータモジュールと、複数のインバータモジュールに対応して設置され、発生するサージ電圧を吸収する複数のサージ吸収回路と、インバータモジュールに流れる電流を検出する電流検出部を有し、複数のインバータモジュールにそれぞれ対応して設置される複数の電流検出装置とを備えるものである。【０００９】
また、この発明に係る冷凍サイクル装置は、前述の電力変換装置を備え、圧縮機およびファンの少なくとも１つを電力変換装置で変換した電力により駆動するものである。【００１０】
そして、この発明に係る空気調和装置は、前述した冷凍サイクル装置により、対象空間の冷暖房を行うものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、各インバータモジュールに対し、サージ吸収回路および電流検出装置をそれぞれ設置する。複数のインバータモジュールを有することで、配線および配線のパターンインダクタンスが増加しても、装置サイズを抑え、各インバータモジュールに係る配線およびパターンインダクタンスに対応したサージ吸収回路および電流検出装置の設定を行うことができる。このため、装置全体として、ノイズ耐力の低下および回路の誤動作防止をはかることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る電力変換装置を中心とするシステムの構成例を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る電力変換装置におけるインバータモジュール内の構成を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る電流検出装置の構成の一例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るアースポイントについて説明する図である。
【図５】実施の形態１に係る各インバータモジュールと制御部との配置関係について説明する図である。
【図６】実施の形態１に係る各インバータモジュールに対応する出力端子と端子台との関係を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る電力変換装置のコンデンサ１と各インバータモジュールとの間のパターンインダクタンスについて説明する図である。
【図８】実施の形態３に係るサージ吸収回路の構成を示す図である。
【図９】実施の形態４に係る電力変換装置における電流検出装置について説明する図である。
【図１０】実施の形態５に係る空気調和装置の構成例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１を含めた、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。さらに、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。また、図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。そして、温度、圧力などの高低については、特に絶対的な値との関係で高低などが定まっているものではなく、システム、装置などにおける状態、動作などにおいて相対的に定まるものとする。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電力変換装置を中心とするシステムの構成例を示す図である。実施の形態１に係るシステムは、図１に示すように、電力変換装置１００が、電源装置（図示せず）からの電力を変換し、電力供給対象の電動機であるモータ２００に供給して、モータ２００を駆動させる。電力変換装置１００は、コンデンサ１およびインバータ部２、制御部３、サージ吸収回路４（サージ吸収回路４ａ〜サージ吸収回路４ｃ）および電流検出装置５（電流検出装置５ａ〜電流検出装置５ｃ）を有する。ここで、少なくとも、インバータ部２およびサージ吸収回路４は、プリント配線が施された１枚の基板上に、はんだなどの接着などにより設置されている。
【００１５】
コンデンサ１は、電源装置の電力を平滑して、直流電圧とする。また、インバータ部２は、コンデンサ１が平滑した電力に、直流−交流変換を行って、交流電圧の電力を、３相のモータ２００に供給する。インバータ部２は、モータ２００の相の数に対応する数のインバータモジュール２０を備える。ここでは、モータ２００のＵ相には、インバータモジュール２０ａが対応する。また、モータ２００のＶ相には、インバータモジュール２０ｂが対応する。そして、モータ２００のＷ相には、インバータモジュール２０ｃが対応する。インバータモジュール２０は、後述するように、複数のスイッチング素子２１を有する。インバータモジュール２０内の構成については、後で説明する。
【００１６】
制御部３は、電圧検出部６が検出した電圧と、電流検出器７および電流検出器８が検出したモータ電流とに基づいて、インバータ部２を駆動動作させるＰＷＭ信号を生成してインバータ部２に送り、インバータ部２を制御する。具体的には、相ごとおよびアームごとの、後述するスイッチング素子のオンまたはオフの状態を制御するＰＷＭ信号Ｕｐ、ＰＷＭ信号Ｖｐ、ＰＷＭ信号Ｗｐ、ＰＷＭ信号Ｕｎ、ＰＷＭ信号ＶｎおよびＰＷＭ信号Ｗｎを生成して、インバータ部２へ出力する。ＰＷＭ信号Ｕｐ、ＰＷＭ信号ＶｐおよびＰＷＭ信号Ｗｐは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の上アームのスイッチング素子２１におけるオンまたはオフの状態を制御するＰＷＭ信号である。また、ＰＷＭ信号Ｕｎ、ＰＷＭ信号ＶｎおよびＰＷＭ信号Ｗｎは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相における下アームのスイッチング素子２１におけるオンまたはオフの状態を制御するＰＷＭ信号である。
【００１７】
ＰＷＭ信号は、オンすなわち閉を示すＨｉｇｈと、オフすなわち開を示すＬｏｗとのいずれかの値をとるパルス状の信号である。オンが連続する期間となるパルスの幅をパルス幅と呼ぶ。インバータ部２は、インバータモジュール２０を有することで、後述するように、同一相および同一アームのスイッチング素子２１を３つ有する構成となる。そこで、制御部３は、３つのスイッチング素子２１がオンとなったときに流れる電流に基づいて、パルス幅を決定する。したがって、制御部３は、３つのスイッチング素子２１を大きな電流容量の１つのスイッチング素子２１であるとみなして、ＰＷＭ信号を生成する。
【００１８】
サージ吸収回路４（サージ吸収回路４ａ〜サージ吸収回路４ｃ）は、インバータ部２が動作したときに、インバータモジュール２０に発生するサージ電圧を吸収する回路である。各サージ吸収回路４は、相ごとのインバータモジュール２０のそれぞれに対応し、コンデンサ１の正極側端子１１と負極側端子１２の間に配置される。正極側端子１１と負極側端子１２との間にサージ吸収回路４を配置することで、後述するパターンインダクタンス６１の増加を抑制することができる。ただし、これに限定するものではなく、たとえば、正極側端子１１と後述する電力変換に係るパワー素子の接地端子を含むパワー端子２４の接地側の端子との間にサージ吸収回路４を配置してもよい。実施の形態１のサージ吸収回路４は、スナバ抵抗４１（スナバ抵抗４１ａ〜スナバ抵抗４１ｃ）およびスナバコンデンサ４２（スナバコンデンサ４２ａ〜スナバコンデンサ４２ｃ）により構成される。スナバ抵抗４１およびスナバコンデンサ４２は、直列に接続されている。
【００１９】
電流検出装置５（電流検出装置５ａ〜電流検出装置５ｃ）は、インバータ部２を流れる電流を検出する。実施の形態１の電流検出装置５は、各インバータモジュール２０に対して、それぞれ設置されている。サージ吸収回路４および電流検出装置５については、さらに後述する。
【００２０】
図２は、実施の形態１に係る電力変換装置におけるインバータモジュール内の構成を示す図である。インバータモジュール２０ａ〜インバータモジュール２０ｃは、それぞれ同様の構成である。インバータモジュール２０は、スイッチング素子２１、駆動回路２２、制御端子２３およびパワー端子２４を有する。そして、インバータモジュール２０は、スイッチング素子２１として、スイッチング素子２１ａ、スイッチング素子２１ｂ、スイッチング素子２１ｃ、スイッチング素子２１ｄ、スイッチング素子２１ｅおよびスイッチング素子２１ｆを有する。スイッチング素子２１ａ、スイッチング素子２１ｃおよびスイッチング素子２１ｅは、上アームを構成する。また、スイッチング素子２１ｂ、スイッチング素子２１ｄおよびスイッチング素子２１ｆは、下アームを構成する。図２に示すように、実施の形態１のインバータモジュール２０は、複数のスイッチング素子２１を並列化して上アームおよび下アームを構成する。このため、各スイッチング素子２１ａ〜スイッチング素子２１ｆの電流容量がそれぞれ小さくても、上アームおよび下アームのそれぞれ３つのスイッチング素子２１を並列に駆動させて大電流容量での駆動を実現することができる。
【００２１】
次に、インバータモジュール２０に設けられるスイッチング素子２１の素材について説明する。スイッチング素子２１としては、どのような素材の素子を用いてもよい。たとえば、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド：炭化珪素）、ダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を用いることができる。スイッチング素子２１にワイドバンドギャップ半導体を用いることで、耐電圧性が高く、許容電流密度が高くなる。このため、モジュールを小型化することができる。また、ワイドバンドギャップ半導体は、耐熱性も高い。また、ワイドバンドギャップ半導体は、スイッチングスピードが速く、スイッチング時に発生する損失が小さい。このため、インバータモジュール２０が有する放熱部（図示せず）の放熱フィンを小型化することができる。
【００２２】
駆動回路２２は、制御部３からのＰＷＭ信号に基づいて、スイッチング素子２１ａ、スイッチング素子２１ｂ、スイッチング素子２１ｃ、スイッチング素子２１ｄ、スイッチング素子２１ｅおよびスイッチング素子２１ｆを駆動させる素子用ＰＷＭ信号を生成する。具体的には、モータ２００のＵ相に対応するインバータモジュール２０の駆動回路２２は、制御部３から送られたＰＷＭ信号ＵｐおよびＰＷＭ信号Ｕｎを、それぞれ３つに複製し、増幅などして、素子用ＰＷＭ信号を生成する。駆動回路２２は、上アームを構成するスイッチング素子２１ａ、スイッチング素子２１ｃおよびスイッチング素子２１ｅに、ＰＷＭ信号Ｕｐを複製した素子用ＰＷＭ信号を送る。また、駆動回路２２は、下アームを構成するスイッチング素子２１ｂ、スイッチング素子２１ｄおよびスイッチング素子２１ｆに、ＰＷＭ信号Ｕｎを複製した素子用ＰＷＭ信号を送る。制御端子２３は、インバータモジュール２０が信号を入出力する端子のうち、インバータモジュール２０内の駆動回路２２と制御部３などの外部の制御系機器とを接続する端子である。また、パワー端子２４は、インバータモジュール２０内のパワー素子であるスイッチング素子２１とモータ２００などの外部の電力系機器とを接続する端子である。制御端子２３およびパワー端子２４の位置関係については、後述する。
【００２３】
図３は、実施の形態１に係る電流検出装置の構成の一例を示す図である。実施の形態１の電流検出装置５は、電流検出部５０、ローパスフィルタ回路５２、設定電圧生成回路５４およびコンパレータ５５を有する。
【００２４】
電流検出部５０は、各相に対応するインバータモジュール２０に流れる電流を検出し、検出電圧５１として送る。電流検出部５０は、インバータモジュール２０ごとに、電力供給に係るパワー系の機器における基準電位となるパワー端子２４の接地側の端子と負極側端子１２との間にそれぞれ配置される。ここで、実施の形態１では、図３に示すように、電流検出部５０として、シャント抵抗を用いるものとする。ただし、電流検出部５０は、シャント抵抗に限定するものではない。たとえば、磁性体コアを用いた電流センサ、磁気インピーダンス効果を利用したＭＩ電流センサ、磁気抵抗効果を利用したＭＲ電流センサまたはホール効果を利用した電流センサを含むコアレスセンサを用いてもよい。
【００２５】
実施の形態１のローパスフィルタ回路５２は、抵抗およびコンデンサを有し、検出電圧５１を平滑する。また、設定電圧生成回路５４は、抵抗を有し、検出電圧５１との比較を行うための比較基準として設定された設定電圧５３を生成する。比較器となるコンパレータ５５は、検出電圧５１と設定電圧５３とを比較し、過電流を検知する。実施の形態１では、図３に示すように、設定電圧生成回路５４は、コンパレータ５５の直近に配置されるように構成し、設定電圧５３はコンパレータ５５の近傍で生成されるものとする。ただし、直近配置に限定するものではない。また、ここでは、分圧抵抗を用いて設定電圧生成回路５４を構成するが、これに限定するものではない。たとえば、シャントレギュレータまたはツェナーダイオードを有する設定電圧生成回路５４を構成してもよい。また、ダイオードを用いて設定電圧生成回路５４を構成し、電圧降下を利用して、設定電圧５３を生成してもよい。
【００２６】
図４は、実施の形態１に係るアースポイントについて説明する図である。図４に示すように、実施の形態１の電力変換装置１００は、接地点となるアースポイント５６において、電流検出装置５の各機器だけでなく、制御部３を一点接続によって接地し、ＧＮＤとなる基準電位を同じにする。ここでは、電力変換装置１００におけるアースポイント５６で一点接続をしている理由について説明する。図４では、破線矢印で示す向きのように電流が流れた際の、Ｕ相に対応するインバータモジュール２０ａに係る機器を示す。図４の破線矢印に向かって、電流が流れた際、プリント基板の配線におけるパターンインダクタンス６１から電圧Ｖ１が発生する。パターンインダクタンス６１から発生した電圧Ｖ１は、小容量の単一対インバータであれば、プリント基板の配線が有するパターンインピーダンス６２によって、影響を無視できるレベルとなる。しかし、実施の形態１のように、複数のスイッチング素子２１を並列化して、大電流容量の並列インバータを構成した場合、流れる電流が大きくなるため、パターンインピーダンス６２のみでは、電圧Ｖ１は減少しない。そして、電圧Ｖ１は、制御部３における基準電位に多少の影響を与える。アースポイント５６における一点接続でない場合、ローパスフィルタ回路５２、コンパレータ５５および設定電圧５３における基準電位は、制御部３の基準電位に対して、電位差Ｖ２、電位差Ｖ４および電位差Ｖ３が生じてしまう。このため、早切れおよび過電流の誤検知の原因となる。図４に示す接続により、アースポイント５６で一点接続することで、制御部３、ローパスフィルタ回路５２、設定電圧５３およびコンパレータ５５の基準電位間に電位差は発生せず、早切れおよび誤検知を抑制することができる。
【００２７】
図５は、実施の形態１に係る各インバータモジュールと制御部との配置関係について説明する図である。次に、インバータモジュール２０と制御部３との配置について説明する。ここでは、インバータモジュール２０は、筐体形状が直方体状であるものとする。ここで、直方体には立方体も含む。そして、筐体のうち、配線がプリントされた基板と接する面を底面とし、底面と垂直方向に交わる面を側面とする。４つの側面のうち、相対する長辺側の２つの長手側側面側には、それぞれ、制御端子２３（制御端子２３ａ〜制御端子２３ｃ）とパワー端子２４（パワー端子２４ａ〜パワー端子２４ｃ）とが設置されている。
【００２８】
また、図５に示すように、インバータモジュール２０ａ〜インバータモジュール２０ｃは、筐体の短手側側面が、それぞれ対向するように並列に配置される。また、インバータモジュール２０ａ〜インバータモジュール２０ｃは、制御端子２３が設置された長手側側面とパワー端子２４が設置された長手側側面とが同じ側となり、制御端子２３が制御部３に対向するように配置される。制御端子２３とパワー端子２４とを、異なる長手側側面に分けて設置することで、インバータモジュール２０を境として、制御側の配線とパワー素子側の配線とをわけて配線することができる。このため、制御側の装置における、パワー端子２４を流れる大電流により発生するノイズの影響を軽減し、周辺回路の誤動作を抑制することができる。
【００２９】
図５では、２つの長手側側面に、制御端子２３とパワー端子２４とを設置したが、これに限定するものではない。たとえば、２つの短手側側面に、制御端子２３とパワー端子２４とを設置してもよい。この場合、インバータモジュール２０ａ〜インバータモジュール２０ｃの長手側側面がそれぞれ対向して配置される。そして、制御端子２３が設置された短手側側面が、制御部３に向けて配置される。また、インバータモジュール２０の４つの側面における辺の長さが同じであってもよい。
【００３０】
図６は、実施の形態１に係る各インバータモジュールに対応する出力端子と端子台との関係を示す図である。出力端子２５ａ、出力端子２５ｂおよび出力端子２５ｃは、それぞれ、パワー端子２４に含まれる端子であり、インバータモジュール２０ａ、インバータモジュール２０ｂおよびインバータモジュール２０ｃから、モータ２００の各相に電力を供給する端子である。端子台６０ａ、端子台６０ｂおよび端子台６０ｃは、それぞれ出力端子２５ａ、出力端子２５ｂおよび出力端子２５ｃが取り付けられる台である。プリント基板において、インバータモジュール２０ａ〜インバータモジュール２０ｃを並列に配置したことで、それぞれに対応する出力端子２５が近接する。そして、モータ２００の各相に接続する配線が近接し、他のモジュールの駆動により発生するノイズに影響される可能性がある。また、装置筐体内において、各インバータモジュール２０からの出力により発生した熱が一部に滞留する可能性がある。
【００３１】
そこで、電力変換装置１００では、各出力端子２５が取り付けられる端子台６０の高さをそれぞれ異ならせる構成にする。各端子台６０の高さが異なることで、モータ２００の各相に接続する配線の長さを短く揃えることができ、ノイズの影響を抑え、熱の滞留を防止することができる。
【００３２】
以上のように、実施の形態１の電力変換装置１００によれば、各インバータモジュール２０に対して、それぞれサージ吸収回路４および電流検出装置５を有する。このため、装置のサイズが大きくなり、配線および配線のパターンインダクタンス６１が増加しても、各インバータモジュール２０に生じるノイズに対応したサージ吸収回路４および電流検出装置５の設定を行うことができる。したがって、電力変換装置１００全体として、ノイズ耐力の低下および回路の誤動作防止をはかることができる。また、各電流検出装置５は、コンパレータ５５を有し、電流検出部５０の検出した電流に基づく検出電圧５１と設定電圧生成回路５４が生成した設定電圧５３とを比較して、過電流を検出することができる。このため、インバータモジュール２０の保護をはかることができる。
【００３３】
また、インバータモジュール２０は、制御端子２３とパワー端子２４とを、対向する２つの側面側に有する。そして、インバータモジュール２０の制御端子２３とパワー端子２４とを同じ方向に向け、端子が設置されていない側面は対向させて、インバータモジュール２０ａ〜インバータモジュール２０ｃを並列に配置する。これにより、制御系機器側とパワー系機器側とを分けて配線することができる。このため、制御系機器およびその配線側において、パワー系機器およびその配線に発生するノイズの影響を軽減することができる。そして、インバータモジュール２０におけるスイッチング素子２１ａ〜スイッチング素子２１ｆをワイドバンドギャップ半導体とすることで、耐電圧性、許容電流密度および耐熱性が高く、切替が速いスイッチング素子２１を得ることができる。
【００３４】
さらに、各インバータモジュール２０の各制御端子２３が、制御部３を向くように設置される。このため、制御端子２３と制御部３との間の配線を短くし、ノイズの低減などをはかることができる。
【００３５】
また、各電流検出装置５の各機器と制御部３とにおいて、アースポイント５６において一点接続して、基準電位であるＧＮＤを同じにする。このため、各機器の基準電位に電位差が発生せず、早切れおよび誤検知を抑制することができる。
【００３６】
さらに、各出力端子２５が取り付けられる端子台６０の高さをそれぞれ異ならせる構成にすることで、モータ２００の各相に接続する配線の長さを短く揃えることができ、ノイズの影響を抑え、熱の滞留を防止することができる。
【００３７】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る電力変換装置のコンデンサと各インバータモジュールとの間のパターンインダクタンスについて説明する図である。コンデンサ１とインバータモジュール２０ａ〜インバータモジュール２０ｃとの間における配線の長さ、経路などが異なる場合、配線が有するパターンインダクタンス６１ａ、パターンインダクタンス６１ｂおよびパターンインダクタンス６１ｃが、それぞれ異なる。
【００３８】
そこで、実施の形態２では、各インバータモジュール２０に対応して設置された各サージ吸収回路４は、対応するパターンインダクタンス６１に合わせたサージ吸収回路定数４０の値とする。ここで、インバータモジュール２０ａに対応して設置されたサージ吸収回路４の時定数は、サージ吸収回路定数４０ａとする。また、インバータモジュール２０ｂに対応して設置されたサージ吸収回路４の時定数は、サージ吸収回路定数４０ｂとする。そして、インバータモジュール２０ｃに対応して設置されたサージ吸収回路４の時定数は、サージ吸収回路定数４０ｃとする。
【００３９】
たとえば、各パターンインダクタンス６１の値の関係が、パターンインダクタンス６１ａ＞パターンインダクタンス６１ｂ＞パターンインダクタンス６１ｃであるものとする。このとき、サージ吸収回路定数４０ａ＞サージ吸収回路定数４０ｂ＞サージ吸収回路定数４０ｃの関係となるように、各サージ吸収回路４におけるサージ吸収回路定数４０の値を調整する。サージ吸収回路定数４０は、スナバコンデンサ４２の容量およびスナバ抵抗４１の少なくとも一方の値を変更して調整することができる。
【００４０】
以上のように、実施の形態２の電力変換装置１００では、コンデンサ１と各インバータモジュール２０との間における各パターンインダクタンス６１に合わせて、サージ吸収回路定数４０を異ならせて各サージ吸収回路４を構成する。このため、各サージ吸収回路４が吸収するサージ電圧を均一にすることができる。したがって、各インバータモジュール２０に印加される電圧ストレスおよび各サージ吸収回路４に印加される電圧ストレス間のアンバランスが発生しなくなり、装置全体の信頼性を向上することができる。
【００４１】
実施の形態３．
図８は、実施の形態３に係るサージ吸収回路の構成を示す図である。実施の形態１では、スナバ抵抗４１およびスナバコンデンサ４２を直列に接続したサージ吸収回路４を例示した。実施の形態３のサージ吸収回路４は、スナバダイオード４３を備える。スナバダイオード４３は、スナバコンデンサ４２と直列に接続したスナバ抵抗４１の両端に、並列に接続される。ここで、サージ吸収回路４は、図１および図８の構成に限定するものではなく、サージ吸収回路４の回路要素であるスナバ抵抗４１、スナバコンデンサ４２およびスナバダイオード４３を、直列または並列に組み合わせた回路構成をすることができる。
【００４２】
実施の形態４．
図９は、実施の形態４に係る電力変換装置における電流検出装置について説明する図である。実施の形態１の電力変換装置１００は、３つの電流検出装置５が、それぞれ設定電圧生成回路５４を有する構成であった。実施の形態４の電力変換装置１００は、３つの電流検出装置５に共通する設定電圧生成回路５４を有する構成とする。そして、３つの電流検出装置５（電流検出装置５ａ〜電流検出装置５ｃ）において、それぞれ、コンパレータ５５（コンパレータ５５ａ〜コンパレータ５５ｃ）の直近に、電解コンデンサ５７（電解コンデンサ５７ａ〜電解コンデンサ５７ｃ）を設ける。そして、制御部３、ローパスフィルタ回路５２（ローパスフィルタ回路５２ａ〜ローパスフィルタ回路５２ｃ）、電解コンデンサ５７およびコンパレータ５５を、アースポイント５６において接地する構成とし、一点接続して基準電位を同じにする。設定電圧生成回路５４を共通にすることで、回路構成を簡単にすることができる。
【００４３】
実施の形態５．
図１０は、実施の形態５に係る空気調和装置の構成例を表す図である。ここで、図１０では、対象空間を冷暖房する空気調和装置を冷凍サイクル装置の例として示している。図１０において、図１などにおいて説明したものについては、同様の動作を行うものとする。図１０の空気調和装置は、室外ユニット３００と室内ユニット４００とをガス冷媒配管５００、液冷媒配管６００により配管接続する。室外ユニット３００は、圧縮機３１０、四方弁３２０、室外熱交換器３３０および膨張弁３４０を有している。また、室外側ファン３５０を有している。
【００４４】
圧縮機３１０は、実施の形態１〜実施の形態４において説明したモータ２００の回転により駆動し、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。実施の形態１〜実施の形態４において説明した電力変換装置１００が、モータ２００の回転数を制御することで、圧縮機３１０の容量（単位時間あたりの冷媒を送り出す量）を変化させることができる。また、四方弁３２０は、たとえば、冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り換える弁である。
【００４５】
実施の形態５における室外熱交換器３３０は、冷媒と室外の空気との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。絞り装置、流量制御手段などの膨張弁３４０は冷媒を減圧して膨張させる。たとえば、電子式膨張弁などで構成した場合には、制御装置（図示せず）などの指示に基づいて開度調整を行う。
【００４６】
室外側ファン３５０は、実施の形態１〜実施の形態４において説明したモータ２００の回転により駆動し、室外熱交換器３３０において冷媒と熱交換する空気を送り込む。実施の形態１〜実施の形態４において説明した電力変換装置１００が、モータ２００の回転数を制御することで、ファンの風量を変化させることができる。
【００４７】
また、室内ユニット４００は、室内熱交換器４１０を有している。室内熱交換器４１０は、たとえば、空調対象となる空気と冷媒との熱交換を行う。暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。
【００４８】
以上のように、空気調和装置を構成し、室外ユニット３００の四方弁３２０により冷媒の流れを切り換えることで、暖房運転および冷房運転を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
実施の形態５では、冷凍サイクル装置の一例として、空気調和装置について説明したが、これに限定するものではない。実施の形態１〜実施の形態４に係る電力変換装置１００は、冷凍機、洗濯乾燥機、冷蔵庫、除湿器、ヒートポンプ式給湯機、ショーケースなど、他の冷凍サイクル装置にも適用することができる。また、掃除機、ファンモータ、換気扇、手乾燥機、誘導加熱電磁調理器などの装置にも用いることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  コンデンサ、２  インバータ部、３  制御部、４，４ａ，４ｂ，４ｃ  サージ吸収回路、５，５ａ，５ｂ，５ｃ  電流検出装置、６  電圧検出部、７，８  電流検出器、１１  正極側端子、１２  負極側端子、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  インバータモジュール、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ  スイッチング素子、２２  駆動回路、２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ  制御端子、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  パワー端子、２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ  出力端子、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ  サージ吸収回路定数、４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ  スナバ抵抗、４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ  スナバコンデンサ、４３  スナバダイオード、５０  電流検出部、５１  検出電圧、５２，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ  ローパスフィルタ回路、５３  設定電圧、５４  設定電圧生成回路、５５，５５ａ，５５ｂ，５５ｃ  コンパレータ、５６  アースポイント、５７，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ  電解コンデンサ、６０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ  端子台、６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ  パターンインダクタンス、６２  パターンインピーダンス、１００  電力変換装置、２００  モータ、３００  室外ユニット、３１０  圧縮機、３２０  四方弁、３３０  室外熱交換器、３４０  膨張弁、３５０  室外側ファン、４００  室内ユニット、４１０  室内熱交換器、５００  ガス冷媒配管、６００  液冷媒配管。
【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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【手続補正書】
【提出日】令和3年7月9日(2021.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係る電力変換装置は、それぞれ複数のスイッチング素子を有し、スイッチング素子の動作により、直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータモジュールと、複数のインバータモジュールに対応して設置され、発生するサージ電圧を吸収する複数のサージ吸収回路と、インバータモジュールに流れる電流を検出する電流検出部を有し、複数のインバータモジュールにそれぞれ対応して設置される複数の電流検出装置と、インバータモジュールの駆動を制御する制御部とを備え、電流検出装置は、電流検出部が検出した電流に基づく検出電圧をフィルタするフィルタ回路と、検出電圧との比較基準となる設定電圧を生成する設定電圧生成回路と、検出電圧と設定電圧とを比較して、過電流を検出する比較器とを有し、複数のインバータモジュールにそれぞれ対応した複数の電流検出装置および制御部を一点接続により接地する接地点を有するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ複数のスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子の動作により、直流電圧を交流電圧に変換する複数のインバータモジュールと、
複数の前記インバータモジュールに対応して設置され、発生するサージ電圧を吸収する複数のサージ吸収回路と、
前記インバータモジュールに流れる電流を検出する電流検出部を有し、複数の前記インバータモジュールにそれぞれ対応して設置される複数の電流検出装置と、
前記インバータモジュールの駆動を制御する制御部とを備え、
前記電流検出装置は、前記電流検出部が検出した電流に基づく検出電圧をフィルタするフィルタ回路と、前記検出電圧との比較基準となる設定電圧を生成する設定電圧生成回路と、前記検出電圧と前記設定電圧とを比較して、過電流を検出する比較器とを有し、
複数の前記インバータモジュールにそれぞれ対応した複数の前記電流検出装置および前記制御部を一点接続により接地する接地点を有する電力変換装置。
【請求項２】
複数の前記インバータモジュールは、それぞれ直方体状の筐体を有し、配線が接続される端子が配置されていない側の前記筐体の側面同士が向かい合って並列に配置される請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記インバータモジュールが有する制御端子と前記制御部とが対向して配置される請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記インバータモジュールが有する電力側の出力端子は、それぞれ複数の端子台に設置され、
複数の前記端子台は、高さがそれぞれ異なる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
複数の前記サージ吸収回路は、それぞれ設置された前記インバータモジュールに合わせた時定数を有する請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子の少なくとも１つは、ワイドバンドギャップ半導体を用いた素子である請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
電力供給対象となる電動機の相の数と同じ数の前記インバータモジュールが基板に配置される請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記接地点において、複数の前記インバータモジュールに対応した前記電流検出装置の前記フィルタ回路、前記設定電圧生成回路および前記比較器の基準電位を同じにする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載された電力変換装置を備え、
圧縮機およびファンの少なくとも１つを前記電力変換装置で変換した電力により駆動する冷凍サイクル装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の冷凍サイクル装置により、対象空間の冷暖房を行う空気調和装置。
【国際調査報告】
2020255249.tif 000013
2020255249.tif 000014
2020255249.tif 000015
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